Tlak zaradi teže mirujoče tekočine
Izkušnje
Pri vožnji s hitrim dvigalom v višja nadstropja dobiš neprijeten občutek v ušesih na začetku dviganja in ob ustavljanju, podobno tudi v letalu pri vzletu in pristajanju. Bližina močnega poka ti lahko celo poškoduje bobnič v ušesu.
Zastavitev problema
Pri potapljanju imaš v ušesih nelagoden občutek, ki lahko preide v bolečino, še posebej, če se potopiš še globlje. Zakaj občutiš bolečino in kako jo zmanjšaš ali preprečiš?
Potrebna znanja
Vemo že, da telesa zaradi teže povzročajo tlak.
Tlak pa povzročata tudi voda in zrak. Ta tlak imenujemo hidrostatični tlak ali tlak, ki ga povzroča mirujoča tekočina.
Predstavljajmo si, da je voda v akvariju razdeljena na več plasti. Zgornja plast deluje na spodnjo. Obe vrhnji plasti delujeta s podvojeno silo na plast pod njima itd. Sila vseh plasti na dno je štirikrat tolikšna kakor sila prve plasti na drugo plast, zato je tudi tlak ob dnu štirikrat tolikšen kakor tlak pod prvo plastjo.
Naredimo poskus, ki to potrjuje. Lij z opno povežemo s cevko v obliki črke U. Naredili smo manometer, pripravo, s katero merimo razliko v tlakih.
Lij potopimo v vodo, počasi ga spuščamo proti dnu in opazujemo manometer. Manometer pokaže, da se tlak z globino povečuje.
V izbrani globini obrnemo lij navzgor, levo, desno in navzdol. Opazimo, da se tlak ne spreminja. Tlak je v isti globini v vseh smereh enak.
Poskuse najraje delamo z vodo. Ali bi bili rezultati enaki, če bi namesto vode v posodo nalili olje, alkohol, morsko vodo, živo srebro?
Naštete kapljevine se razlikujejo po specifični teži. Teža plasti vode je 1,25-krat tolikšna kakor teža enake plasti olja, teža plasti živega srebra pa je 13,6-krat tolikšna kakor teža enake plasti vode.
Tlak je odvisen od specifične teže kapljevine.
Hidrostatični tlak ali tlak zaradi teže mirujoče kapljevine je odvisen od specifične teže kapljevine in globine.
Izraz za računanje hidrostatičnega tlaka je: [latex]\boldsymbol{p=\sigma\cdot h}[/latex]
Izpeljava enačbe za računanje hidrostatičnega tlaka
[latex] \Rsh\enspace F=\sigma\cdot V[/latex]
[latex]p=\frac{F}{S}[/latex]
[latex] \Rsh\enspace V=S\cdot h[/latex]
[latex]p=\frac{\sigma\cdot V}{S}[/latex]
[latex]p=\sigma\cdot h[/latex]
Hidrostatični tlak ni odvisen od oblike posode. O tem se prepričamo s poskusom.
V različne plastenke naredimo na isti višini enako velike luknjice in jih zamašimo. Nato v plastenke do iste višine nalijemo vodo in hkrati odmašimo luknjice. Opazujemo iztekajoče curke. Vsi so enaki.
Razlika v tlakih ni odvisna od oblike posode.