plik


Podstawy fizyki  sezon 1 IX. Mechanika pBynw Agnieszka ObBkowska-Mucha AGH,WFIiS, Katedra OddziaBywaD i Detekcji Czstek, D11, pok. 111 amucha@agh.edu.pl http://home.agh.edu.pl/~amucha Mechanika pBynw PAYNY = CIECZE + GAZY Hydrostatyka Hydrodynamika % Opis jest r|ny od mechaniki bryBy sztywnej (zmiana ksztaBtu, [ci[liwo[) % W pBynach brak regularnego uporzdkowania atomw i czsteczek (jak w sieci krystalicznej ciaB staBych). % PByn  substancja zdolna do przepBywu, przyjmuje ksztaBt naczynia, w ktrym si znajduje, % W pBynach w spoczynku nie wystpuj |adne napr|enia [cinajce. % Na pByny dziaBaj tylko siBy prostopadBe do ich powierzchni. Powierzchnia ustawia si zawsze normalnie do siBy zewntrznej (do[w) % Zamiast wyznacza mas i siB, opisujemy gsto[ i ci[nienie 2 A.ObBkowska-Mucha Ci[nienie % Ci[nienie  warto[ siBy prostopadBej na jednostk powierzchni: 5m 5A " 5ؑ = = 1 5C5N 5z 5Z2 105 5C5N = 1 5O5N5_ ; 1 5N5a5Z = 1013,25 !5C5N = 760 5Z5Z5;5T % Wektor powierzchni- dBugo[ wektora 5Q5F jest rwna polu powierzchni 5Q5F, jego kierunek jest prostopadBy do powierzchni, a zwrot na zewntrz powierzchni. % SiBa wywierana przez pByn na t powierzchni: 5Q59 = 5] 5Q5F 5؅5؎ % Gsto[ - 5F = - zale|y od temperatury, 5؅5} ci[nienia 3 A.ObBkowska-Mucha Ci[nienie wewntrz pBynu (hydrostatyka) % Ci[nienie wywierane przez pByn WEWNTRZ naczynia: 591 = 5] 5F 5f na gn i doln powierzchni cienkiego walca, o wysoko[ci 5Q5f, 5Q5f 5Q5Z znajdujcego si na gBboko[ci 5f, 592 = (5] + 5Q5]) 5F dziaBaj siBy: 591 = 5] 5F, 592 = 5] + 5Q5] 5F 5Q5Z 5T 5 5F5Q5f g zmiana ci[nienia w 5Q5] = = = 5 5T5Q5f 5؅5ؑ 5F 5F zale|no[ci od zmiany = 5F 5؈ 5؅5ؚ gBboko[ci % Ci[nienie hydrostatyczne cieczy na ci|ar wBa[ciwy cieczy gBboko[ci y (caBkujemy powy|sze): % ci[nienie ro[nie wraz z gBboko[ci (nurek), 5ؑ = 5ؑ5 5F 5؈ 5ؚ % cisnienie maleje z wysoko[ci (treking), % ci[nienie jest jednakowe dla punktw na tej samej gBboko[ci, nie zale|y od ksztaBtu ci[nienie atmosferyczne naczynia (paradoks hydrostatyczny). 4 A.ObBkowska-Mucha Pomiar ci[nienia % Do pomiaru ci[nienia  barometr Barometr Torricellego (1643)  pomiar cisnienia atmosferycznego za pomoc rurki z rteci 5]54 = 5 5T ! 5]55 = 5]5N5a5Z 5]54 = 5]55 5]5N5a5Z = 5 5T ! WspBcze[nie: 5 A.ObBkowska-Mucha Barometry, manometry % Ze wzgldu na rodzaj pomiaru barometry mo|na podzieli na: " bezwzgldne  wskazuj ci[nienie absolutne, czyli w odniesieniu do pr|ni, " r|nicowe  wskazuj r|nic ci[nieD, " wzgldne (manometry)  wskazuj ci[nienie wzgldem ci[nienia otoczenia (wzgldne) i wiksze od niego, % Manometry: " hydrostatyczne, " spr|ynowe, " elektryczne % Pr|niomierze 6 A.ObBkowska-Mucha Ci[nienie % Ci[nienie pod wod  po ka|dym zanurzeniu o 10 m ci[nienie zwiksza si o 1 atm. 5] = 5]0 + 5_5T! 5] = 1013 !5C5N + (998 5X5T/5Z3)(10 5Z/5`2)(105Z) H" 1 5N5a5Z + 15N5a5Z Rekord nurkowania swobodnego (free-diving) to ponad 270m ! % Aodzie podwodne 200-400m % Ci[nienie atmosferyczne na wysoko[ci H: 5 5] 5] = 5]0  5 5]5\5d 5T 5; = ale: 5 0 5]0 5Q5] 5 05T co daje: = - 5] 5Q! 5]0 wzr barometryczny 5F -5؈ 5ؑ5 5؉ 4000 m 2700 m 300 m 5 5ؑ = 5ؑ55؆ rozwiza lub sprawdzi! 7 A.ObBkowska-Mucha Prawo Pascala % W zamknitej objto[ci pBynu (nie[ci[liwego) zmiana ci[nienia jest przenoszona do ka|dego miejsca w pBynie i do [cian zbiornika (prasa hydrauliczna, hamulce, ci[nienie w oponie jest w ka|dym miejscu jednakowe, itp.) 591 592 5] = = 5F1 5F2 " Mo|na dziaBa mniejsz siB w celu podniesienia wikszego ci|aru (kosztem drogi). " Przyrost ci[nienia jest w ka|dym miejscu taki sam, niezale|ny od gBboko[ci 8 A.ObBkowska-Mucha Prawo Pascala - przykBady 5]0 + 5 1!15T = 5]0 + 5 2!25T 9 A.ObBkowska-Mucha Prawo Archimedesa % Na ciaBo zanurzone w cieczy dziaBa siBa grawitacyjna  gdy ciaBo si nie porusza musi ona by zrwnowa|ona przez inn siB  zwan siB wyporu % SiBa wyporu wynika z r|nicy ci[nieD dziaBajcych na grn i doln powierzchni ciaBa. 5] ! = 5]0 - 5 5T! F5d = 5] !2 A2 - 5] !1 541 F5d = 5 5T(!2 - !1)54 5m5ؘ = 5F5؈5} PRAWO ARCHIMEDESA: na ciaBo zanurzone w pBynie dziaBa siBa wyporu, skierowana pionowo do gry, a jej warto[ jest rwna ci|arowi wypartej przez ciaBo cieczy. 10 A.ObBkowska-Mucha PBywanie ciaB % Warunki pBywania- gdy ciaBo pBywa, warto[ dziaBajcej na nie siBy wyporu 5m5ؘ jest rwna warto[ci dziaBajcej na nie siBy ci|ko[ci. 595d = 5Z5T 5 5]B5f5[5b 5I5P5V5NB5N 5T = 5 5P5V5NB5N 5I5P5V5NB5N5T 5 5]B5f5[5b = 5 5P5V5NB5N % Statki powinny wypiera ciecz o ci|arze rwnym wBasnemu ci|arowi. 5@5` 5T = 5 5d 5I 5T 5@ 5` zanurzenie jest proporcjonalne do 5I = , czyli zale|y od gsto[ci wody 5 5d (temp, zasolenia) 11 http://kurcabatomasz7.w.interia.pl/zagadnienia/plywanie.html PBywanie ciaB PrzykB: Jaka cz[ objto[ci gry lodowej wystaje nad powierzchni morza? Gsto[ lodu wynosi 920 kg/m3 a gsto[ wody morskiej 1030 kg/m3. Ci|ar gry lodowej 5D5Y = 5 5Y5I5Y 5T Ci|ar objto[ci 5I5d wypartej wody morskiej. 5D5d = 5 5d5I5d 5T Warunek pBywania. 5 5Y5I5Y 5T = 5 5d5I5d 5T 5I5d 5 5Y 920 = = = 0.89 5I5Y 5 5d 1030 5}5ؘ Objto[ wypartej wody rwna si objto[ci zanurzonej cz[ci gry lodowej, czyli 89% gry znajduje si pod wod. 12 A.ObBkowska-Mucha SiBa wyporu powietrza % Na ka|de ciaBo znajdujce si w powietrzu przy powierzchni Ziemi dziaBa siBa wyporu rwna ci|arowi wypartego powietrza. CiaBo o objto[ci 1m3 wypiera 1m3 powietrza, ktrego ci|ar jest okoBo 12N - ka|de ciaBo, wa|one przy powierzchni Ziemi naciska na wag siB o ok. 12N mniejsz od ich ci|aru (co wa|y wicej  tona puchu czy tona kamieni?)  poprawki na pomiar masy& % Wentylacja grawitacyjna dziaBa dziki r|nicy temperatury wewntrz i na zewntrz budynku - % WypeBnione gazem l|ejsze, ciepBe powietrze pBynie ku grze, a na balony, ktre wznosz jego miejsce napBywa powietrze zimniejsze - si w powietrzu maja ci|sze. Latem temperatury si wyrwnuj - gsto[ mniejsz ni| wentylacja przestaje dziaBa powietrze. 13 A.ObBkowska-Mucha Dynamika pBynw % Dwa podej[cia do opisu ruchu pBynu: " Lagrange a  opisujemy ruch ka|dej czstki 5_ 5_0, 5a , " Eulera  wyznaczamy gsto[ i prdko[ w ka|dym punkcie, w ka|dym momencie czasu: 5 (5_, 5a), 5c 5a - zamiast opisu, co si dzieje z ka|d czstk- opis co si dzieje w okre[lonym punkcie przestrzeni. Prdko[ ka|dego punktu cieczy w funkcji czasu  pole wektorowe " tor ka|dej czstki to linia prdu " prdko[ jest styczna do linii prdu, " struga  wizka lini prdu 14 A.ObBkowska-Mucha PodziaB przepByww % PodziaB przepByww: " stacjonarny (ustalony, laminarny)  prdko[ pBynu w dowolnie wybranym punkcie jest staBa w czasie tzn. ka|da czsteczka przechodzca przez dany punkt zachowuje si tak samo - niskie prdko[ci przepBywu. " bezwirowy - w |adnym punkcie czsteczka nie ma wypadkowej prdko[ci ktowej. " nie[ci[liwy - gsto[ pBynu jest staBa, zazwyczaj w cieczach, w gazach tylko przybli|enia " nielepki  odpowiednik tarcia w ciaBach staBych % Dalsze rozwa|ania dotycz przepByww: laminarnych, bezwirowych, nie[ci[liwych, nielepkich. 15 A.ObBkowska-Mucha Rwnanie cigBo[ci strugi " W takich przepBywach wektory prdko[ci s rwnolegBe do kierunku przepBywu (linii prdu). " Linie prdu si nie przecinaj. " Wszystkie czstki cieczy przepBywajce przez dany punkt maj wtedy ten sam wektor prdko[ci. Masy pBynu przechodzce przez dwa przekroje 5F1 i 5F2 w tej samej jednostce czasu 5a s takie same: 5Z1 = 5 5F1 5c1 5a 5Z2 = 5 5F2 5c2 5a a zatem: 5z5 5ؗ5 = 5z5 5ؗ5 jest to prawo cigBo[ci strugi Prdko[ pBynu nie[ci[liwego przy ustalonym przepBywie jest odwrotnie proporcjonalna do pola przekroju strugi A.ObBkowska-Mucha 16 Prawo Bernouliego % Twierdzenie o pracy i energii  praca wykonana przez wypadkow siB jest rwna zmianie energii kinetycznej. Praca: - wykonywana przez siB ci|ko[ci: 5J5D = -5Z5T !2 - !1 = -5 5I 5T(!2 - !1) (siBa i przemieszczenie maj przeciwne kierunki) - wykonywana nad pBynem: 5J5] = - 592 - 591 "5e = -(5]25F2 - 5]15F1)"5e = -(5]2 - 5]1)5I 5J = 5J5D + 5J5C = -5 5I 5T !2 - !1 - 5I(5]2 - 5]1) 17 A.ObBkowska-Mucha Z.Kkol Prawo Bernouliego 1 Zmiana energii kinetycznej: 1 5Z5c22 - 5Z5c12 2 2 jest rwna pracy: 1 1 -5 5I 5T !2 - !1 - 5I 5]2 - 5]1 = 5Z5c22 - 5Z5c12 2 2 czyli: 5 5 5ؑ5 + 5F5ؗ55 + 5F5؈5؉5 = 5ؑ5 + 5F5ؗ55 + 5F5؈5؉5 5 5 5 Prawo Bernouliego 5ؑ + 5F5ؗ5 + 5F5؈5؉ = 5؄5ؐ5؏5ؔ5ؕ 5 ci[nienie hydrodynamiczne 18 A.ObBkowska-Mucha Prawo Bernouliego % Je[li ciecz pBynie w rurze poziomej: 1 5] + 5 5c2 = 5P5\5[5`5a 2 ci[nienie dynamiczne ci[nienie statyczne suma ci[nienia statycznego i dynamicznego jest staBa (przykB.: paradoks hydrostatyczny) 5F5c = 5P5\5[5`5a, czyli gdy przekrj jest mniejszy, to ro[nie prdko[, a wic ci[nienie 5] maleje Ciecz pBync w rurze o zmieniajcym si przekroju ma mniejsze ci[nienie na odcinku gdzie przekrj jest mniejszy. Prawo Bernouliego ma zastosowanie do pBynu idealnego, nie[ci[liwego  przepBywu lamilarnego, bez lepko[ci. 19 A.ObBkowska-Mucha Mechanika pBynw w |yciu % Struga wody zw|a si, gdy wzrasta jest prdko[. % W| ogrodowy  wiksza prdko[, gdy zmniejszymy otwr % WypByw wody ze zbiornika: 1 5]0 5]0 = 5]0 + 5 5c2 - 5 5T! 2 5c = 25T! ! % Rozpylacze: Prawo Torricellego 5ؗ 5]0 20 A.ObBkowska-Mucha Prawo Bernouliego w technice % Ci[nienie jest najmniejsze tam, gdzie prdko[ jest najwiksza (nurkowanie) % SiBa no[na skrzydBa samolotu: strugi powietrza s zagszczone nad skrzydBem, a rozrzedzone  pod nim. Jak wida na rysunku, czsteczki powietrza (lub cieczy) majc do przebycia wiksz drog nad skrzydBem, maj tam wiksz szybko[ ni| pod skrzydBem % Strzykawka 1 5]0 + 5 5c2 = 5] 2 p0 p ) 2(5] - 5]0 5c = 5 21 A.ObBkowska-Mucha http://qbakite.eu.interiowo.pl/Aerodynamika.htm Dla piBkarzy % Walec obracajcy si w przepBywajcej, lepkiej cieczy / podkrcona piBka " W nieruchomym pBynie (piBce niepdkrconej)  obracajce si ciaBo powoduje obrt pBynu z 5c5`, " Gdy pByn ma prdko[ 5c5S  ciecz u gry jest spowolniania 5c5T = 5c5S - 5c5` , na dole przyspieszana: 5c5Q = 5c5` + 5c5S 1 1 " Ci[nienia 5ؑ5؈ > 5ؑ5؅ : 5 5c5S - 5c5` 2 + 5]5T = 5 5c5` + 5c5S 2 + 5]5Q 2 2 " Powstaje siBa Magnusa skierowana w dB (efekt Magnusa) 22 A.ObBkowska-Mucha http://www.fiztaszki.pl/node/87 http://www.if.pw.edu.pl/~bibliot/archiwum/adamczyk/ Pomiar prdko[ci przepBywu % StrumieD objto[ciowy: 5x = 5ؗ 5z % Pomiar prdko[ci przepBywu: " zw|ka Venturiego, " rurka Prandla (rzeki) 23 A.ObBkowska-Mucha PrzepBywy turbulentne % Prdko[ w przepBywie % PrzepByw turbulentny lamilarnym: % Po przekroczeniu pewnej prdko[ci granicznej strumieD zamienia si na wiry  przepByw turbulentny. 2 5c 5 5E5R = H" 2300 % Liczba Reynoldsa - 5 oznacza turbulencje % Lepko[ - 5< 24 A.ObBkowska-Mucha Lepko[ % Lepko[  tarcie pomidzy warstwami cieczy. Opisuje siBy [cinania istniejce w poruszajcej si cieczy % W rurze prdko[c jest najwiksza w [roku i maleje przy [ciankach  ciecz skBada si z maBych walcowatych warstw, ktre poruszaj si z r|nymi prdko[cimi - tarcie % Lepko[ 5<  warto[ siBy F, jak nale|y przyBo|y do ciaBa, aby poruszaBo si ze staB prdko[ci v. 5Q5c 59 = 5 5F 5Q5g % Zwizek lepko[ci z turbulencjami. 25 A.ObBkowska-Mucha Pokazy do[wiadczeD % Demonstracja prawa Pascala. % Paradoks hydrostatyczny % Nurek Kartezjusza % Ci[nienie dynamiczne w strudze cieczy-lewitujca piBeczka % Paradoks aerodynamiczny % Prawo Bernouliego 26 A.ObBkowska-Mucha Podsumowanie % Ci[nienie. Pomiar. % Prawo cigBo[ci strugi Pascala, Archimedesa. PrzykBady. % Rwnanie Bernouliego. Opis zjawisk. % Rodzaje przepByww. % Turbulencje. % Lepko[. % Liczba Reynoldsa 27 A.ObBkowska-Mucha

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
IMiR NM2 Introduction to MATLAB
IMIR zestaw16
IMIR zestaw17
IMIR Sprawozdanie Badania Nienieszczace
IMIR 7 Drgania
Hydro projekt nr 2
Pochodne I IMiR
Shimano hydro
IMIR zestaw18
Analiza stanu naprezenia i odksztalcenia (IMiR)
IMIR?le materii
hydro egzamin wypelnione poprawione
literatura hydro)

więcej podobnych podstron