Tlak v tekočinah
Izkušnje
Kaj prikazuje fotografija? S fizikalnega vidika bi jo lahko opisal tako: Potapljača plavata nad skalnim grebenom, ki je trdnina. Tudi jeklenka je v trdnem agregatnem stanju. Voda in zrak, ki je v jeklenki pod visokim tlakom, sta kapljevini. Ogljikov dioksid, ki ga potapljača izdihujeta, pa je plin.
Snovi se lahko agregatno stanje spremeni. Led je voda v trdnem stanju. Lava, ki jo bruha vulkan, je tekoča kamnina. V plinskih jeklenkah in vžigalnikih je utekočinjen plin. Nekateri gasilni aparati so napolnjeni s tekočim ogljikovim dioksidom, ki se pri izstopu iz aparata strdi.
Zastavitev problema
Učenci so izdelali hidravlično roko. S pritiskom na brizgi se roka dviga ali spušča. Poišči podobne naprave na spletu in kakšno izdelaj.
Potrebna znanja
Trdnine imajo stalno obliko. Voda in zrak nimata stalne oblike, zato ju lahko pretakamo. Oba sta tekočini. Voda zavzame spodnji del posode in naredi gladino. Med padanjem oblikuje kapljice, zato je kapljevina. Zrak pa se razporedi po vsem prostoru, ki mu je na voljo. Zrak je plin.
Kako se odzivajo snovi v različnih agregatnih stanjih, kadar nanje delujemo s silo?
Kako se odzivajo trdnine?
Ko s kladivom udariš po žeblju, sila kladiva povzroči tlak. Ta se prenese po žeblju samo v smeri delovanja sile, zato se žebelj zarine v desko. V prstih, s katerimi držiš žebelj, povečanja tlaka ne občutiš.
Povečanje tlaka se v trdnini prenese le v smeri delovanja sile.
Kako se odzivajo tekočine?
Napihnjen balon primeš z roko in ga stiskaš. Kaj občutiš? Ali je občutek enak, ko stiskaš balon, napolnjen z vodo? Balon, napolnjen z zrakom ali vodo, se bolj napne, povečan tlak čutimo v dlaneh. Sila rok povzroči znotraj balona večji tlak, zato sklepamo, da se povečanje tlaka po tekočini prenese enakomerno v vseh smereh.
Naredimo poskus. V bučko, ki ima več enakih luknjic, natočimo vodo in jo stisnemo z batom. Voda brizgne skozi vse luknjice enako.
Zunanja sila, ki deluje na tekočino, zaprto v posodi, povzroči pod batom tlak. Tlak se prenese na vse strani enako.
Zaradi tlaka v bučki deluje sila vode na vsako ploskvico stene pravokotno, kar potrjuje smer iztekajoče vode. Sila vode je pravokotna na steno posode.
Kakšna je zveza med velikostjo sile in velikostjo ploskve?
Zgled
Vulkanizer namerava dvigniti avtomobil s hidravlično dvigalko.
Na bat s ploščino 0,1 dm2 pritisne s silo 125 N. Bat pod avtomobilom je velik 8 dm2. S kolikšno silo bat dviga avtomobil?
Primerjajmo ploskvi S1 in S2 . Ploskev S2 je 80-krat tolikšna kot S1, zato je tudi sila F2 80-krat tolikšna kot F1 , saj je tlak v zaprti tekočini povsod enak.
Večji bat dviga avtomobil s silo 80 [latex]\cdot[/latex] 125 N = 10 000 N.
Hidravlične in pnevmatske naprave
Povečanje tlaka v zaprti tekočini je povsod enako. Sila in ploščina sta premo sorazmerni količini:
[latex]\frac{F}{S}=\frac{2F}{2S}=\frac{3F}{3S}=p[/latex]
Zakonitost izkoriščajo hidravlične in pnevmatske naprave. Tekočina v hidravličnih napravah je po navadi olje, v pnevmatskih pa zrak.
