W wodzie, na wodzie
i w powietrzu
(hydrostatyka, aerostatyka)
7
W wodzie, na wodzie i w powietrzu
(hydrostatyka, aerostatyka)
131 Odpowiedz na pytania:
a Dlaczego igły, noże, nożyczki, piły muszą być dobrze zaostrzone?
b Dlaczego nosidła dla niemowląt, torby na ramię, plecaki mają szerokie pa-
ski, którymi stykają się z naszymi ramionami?
c Dlaczego ratownik zbliżając się do człowieka, pod którym załamał się lód,
kładzie się na lodzie?
*
132 Pomnik o masie 600 kg stoi na cokole, którego podstawa jest kwadra-
tem o boku 2 m. Obok pomnika mała dziewczynka wbija patyk o S
rednicy 0,6 cm
w ziemię, działając siłą 1 N. W którym przypadku na podłoże jest wywierane wię-
ksze ciS
nienie?
*
133 W tym pytaniu będzie mowa o ciS
nieniu, jakie gaz, zawarty w naczy-
niu, wywiera na jego S
cianki.
a Mając na uwadze cząsteczkową budowę gazu, wyjaS
nij, jakie mogą być
przyczyny wzrostu ciS
nienia gazu na S
cianki naczynia.
b Jakie mogą być zatem praktyczne sposoby zwiększania ciS
nienia gazu?
134 Jak wiesz, gazy są S
ciS
liwe, więc gaz o danej masie można S
cisnąć do
wielokrotnie mniejszej objętoS
ci w porównaniu z objętoS
cią początkową.
a* Uzupełnij tabelkę i sporządx
wykres zależnoS
ci (V ) dla tego gazu

g g
objętoS
ć V (dm3 ) gęstoS
ć objętoS
ć V (dm3 ) gęstoS
ć

dm3 dm3
1,0 1,0 0,5
0,9 0,4
0,8 0,3
0,7 0,2
0,6 0,1
b* Sporządx
także wykres zależnoS
ci m(V ) dla tego gazu.
c** Pamiętając o budowie cząsteczkowej gazu odpowiedz na pytania:
 Jak zmieni się liczba cząsteczek gazu w jednostce objętoS
ci (np.1cm3 )
naczynia, gdy jego objętoS
ć zmniejszy się od1dm3 do 0,4 dm3 .
88 Rozwiązania na str. 230, 231
Zadania 7
 Czy masz pewnoS
ć, że wtedy zwiększy się ciS
nienie gazu na S
cianki
naczynia, w którym ten gaz się znajduje? Uzasadnij odpowiedx
.
*
135 Wkład do długopisu to rurka częS
ciowo wypełniona zagęszczonym
atramentem, który wycieka ze szczeliny wokół maleńkiej kuleczki. Przeciwny
koniec rurki może być otwarty lub zasklepiony. W tym drugim przypadku, w rur-
ce jest zamknięta także pewna iloS
ć powietrza.
Tata kupił nowy długopis. Dopóki nosił go w teczce, długopis działał pra-
widłowo. Gdy tata zaczął nosić długopis w wewnętrznej kieszeni marynarki, bli-
sko ciała, atrament z długopisu zaczął wyciekać brudząc garderobę. Jaki rodzaj
wkładu miał ten długopis? Dlaczego tak sądzisz?
**
136 Chłopcy zastanawiali się, ile może ważyć piękny wyS
cigowy samo-
chód, który akurat zajechał na ich podwórko. Zapytany o to właS
ciciel nie umiał
odpowiedzieć. Wtedy Piotrek zapytał go o ciS
nienie, do jakiego pompuje koła.
 Po co ci ta informacja?  zapytał właS
ciciel samochodu.  Obrysuję sobie po-
wierzchnię, którą koła stykają się z ziemią i oszacuję ciężar samochodu  odparł
Piotrek.
Z jakich praw ma zamiar skorzystać Piotrek i jak obliczy ciężar samochodu?
137 WyjaS
nij kilka zjawisk związanych z istnieniem ciS
nienia atmosferycz-
nego.
a Rysunek przedstawia sposób nabierania lekarstwa do strzykawki. Dlacze-
go przy odciąganiu tłoka lekarstwo wpływa do strzykawki?
ampułka
z lekarstwem
Rozwiązania na str. 232, 233 89
W wodzie, na wodzie i w powietrzu
(hydrostatyka, aerostatyka)
b Szklankę napełniamy wodą, nakrywamy kartką papieru
i podtrzymując ręką kartkę, delikatnie odwracamy szklankę
do góry dnem. Dlaczego woda nie wylewa się ze szklanki na-
wet jeS
li przestaniemy podtrzymywać kartkę?
c Dlaczego sok z kartonowego pudełka łatwiej jest pić, jeS
li
oprócz otworu, którym pijemy, zrobimy w górnej częS
ci pu-
dełka jeszcze jeden otwór, którym powietrze będzie mogło się
dostawać do jego wnętrza?
d Na czym polega działanie gumowej przyssawki?
138 Wiadomo, że cisnienie atmosferyczne maleje ze wzrostem wysokoS
ci
nad poziom morza. Jeden z powodów to ten, że im wyżej znajduje się miejsce, w
którym mierzymy ciS
nienie, tym cieńsza jest warstwa atmosfery wznosząca się
nad tym miejscem. Drugim powodem jest zmniejszanie się gęstoS
ci powietrza
wraz ze wzrostem wysokoS
ci.
Na rysunku poniżej pokazano fragment wykresu p(h), dla h zawartego w grani-
cach od 0 km do 24 km nad poziom morza. wartoS
ci ciS
nienia podano w jednost-
kach zwanych atmosferami (At).1At 1013 hPa 101300Pa.
p (At)
1
0,8
0,6
0,4
0,2
4 8 12 16 20 24
h (km)
a* Odczytaj z wykresu przybliżoną wartoS
ć ciS
nienia panującego na wysoko-
S
ci, na jakiej latają szybkie samoloty pasażerskie (ok. 10 km n.p.m.). Oblicz,
ile razy jest ono mniejsze od ciS
nienia na poziomie morza.
90 Rozwiązania na str. 233, 234
Zadania 7
b** Gdyby gęstoS
ć powietrza była na każdej
wysokoS
ci taka sama, a płaszcz atmosfery
otaczającej Ziemię miałby skończoną gruboS
ć
H (tzn. atmosfera  kończyłaby się nagle na
p=?
H
wysokoS
ci H), to ciS
nienie słupa powietrza
wyrażałoby się takim samym wzorem, jak
h
ciS
nienie słupa cieczy. Jak zależałoby wów-
poziom
czas ciS
nienie atmosferyczne od wysokoS
ci h
morza
nad poziom morza?
Naszkicuj, jaki byłby wówczas wykres p(h).
*
139 Daniel Bernoulli stwierdził, że w szybko poruszającym się strumieniu
gazu lub cieczy panuje niższe ciS
nienie niż w poruszającym się wolniej. W dodat-
ku, gdy gaz lub ciecz przepływa przez rurę o zmiennym przekroju, to im mniejszy
przekrój rury (przewężenie), tym strumień
ma większą szybkoS
ć.
a Na koniec plastikowej rurki do na-
pojów nałóż krążek z tekturki (o S
red-
nicy kilku centymetrów). Wytnij nieco
większy krążek z bibułki (serwetki
stołowej), przyłóż go z dołu do tektu-
rowego krążka i mocno dmuchaj do
rurki. Teraz możesz nie podtrzymy-
wać bibułki. Co obserwujesz? Wyja-
S
nij zaobserwowane zjawisko.
Uwaga: Staraj się nie pluć do rurki, bo
poS
liniona bibułka przykleja się do
tekturki (na skutek sił przylegania).
b WyjaS
nij działanie roz-
pylacza, którego schemat
wdmuchiwane
przedstawia rysunek.
powietrze
ciecz
Rozwiązania na str. 234 91
W wodzie, na wodzie i w powietrzu
(hydrostatyka, aerostatyka)
c Rysunek przedstawia tzw. pompkę wodną.
do kranu
WyjaS
nij, jak ona działa. Zastanów się, kiedy
woda z kranu
pompka przestanie wyciągać powietrze ze
zbiornika.
do zbiornika,
w którym
chcemy
rozrzedzić
powietrze
woda
z powietrzem
do zlewu
140 W tym zadaniu będzie mowa o ciS
nieniu i parciu, jakie wywiera na dno
naczynia ciecz w nim zawarta.
a Wybierz wszystkie zdania prawdziwe spoS
ród poniższych pięciu.
CiS
nienie hydrostatyczne zależy od
A. wysokoS
ci słupa cieczy,
B. tego, czy słup cieczy jest wąski, czy szeroki,
C. kształtu naczynia, w którym znajduje się ciecz,
D. rodzaju cieczy,
E. pola powierzchni dna naczynia.
b Przyjrzyj się rysunkom 1 7. Przedstawiają one flakony o różnych kształ-
tach, do których nalano wody. Poziom wody jest taki sam we wszystkich flakonach.
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Co sądzisz o ciS
nieniach hydrostatycznych, wywieranych na dna tych flakonów?
c** Co sądzisz o siłach parcia, wywieranych przez wodę na dna wszystkich
flakonów?
d** W którym z flakonów siła parcia wody na jego dno jest równa ciężarowi
wody?
92 Rozwiązania na str. 234, 235
Zadania 7
141 Zajrzyj pod zlewozmywak lub
umywalkę. Przekonasz się, że rura, którą
odpływa woda jest dziwnie wygięta. Dzięki
temu kształtowi rury do naszego mieszkania
nie dochodzi odór rozkładających się nieczy-
stoS
ci z głównych przewodów kanalizacyj-
nych.
WyjaS
nij działanie tego urządzenia.
142 Ania chciałaby mieć w ogródku fontannę. Pomóż jej przygotować od-
powiedni projekt. Ania mieszka w domu o wysokoS
ci 7 m, podłączonym do miej-
skiej sieci wodociągowej.
143 Do wykonania tego doS
wiadczenia posłużono się siłomierzem, którego
dokładnoS
ć wynosiła 0,05 N, co widać na rysunku. Siłomierzem zmierzono naj-
pierw ciężar aluminiowego walca, a potem zanurzano walec coraz głębiej w cie-
czy i mierzono wskazania siłomierza. Pole podstawy walca wynosi 5 cm2.
a* Odczytaj z rysunku wskazania siłomierza i oblicz wartoS
ci siły parcia cie-
czy na dolną podstawę walca. Oblicz także ciS
nienia, jakie kolejno wywierała
ciecz na dolną podstawę walca. Wszystkie otrzymane wyniki wpisz do tabeli.
0,3
0,3
0,3
0,3
0,2
0,2
0,2
0,2
0,3
0,1
0,1
0,1
0,1
0,2
0,0
0,0
0,0
0,0
0,1
0,0
4cm
4cm
4cm
3cm 4cm
3cm
3cm
2cm 3cm
2cm
4cm
2cm
1cm 2cm
1cm
3cm
1cm
1cm
2cm
1cm
Rozwiązania na str. 235, 236 93
W wodzie, na wodzie i w powietrzu
(hydrostatyka, aerostatyka)
głębokoS
ć zanurzenia walca h (m) 0,01 0,02 0,03 0,04
wskazania siłomierza (N)
wartoS
ć siły parcia cieczy (N)
ciS
nienie słupa cieczy (Pa)
b* Sporządx
wykres zależnoS
ci ciS
nienia wywieranego przez słup cieczy na
dolną podstawę walca od wysokoS
ci tego słupa.
c* Oblicz gęstoS
ć cieczy, w której zanurzono walec. Jaka to była ciecz?
d** Sprawdx
, czy aluminiowy walec, którego użyto w doS
wiadczeniu był
pełny, czy pusty.
144 Według prawa Archimedesa siła wyporu, jaką ciecz działa na ciało w
niej zanurzone, ma taką samą wartoS
ć, jak ciężar cieczy wypartej. Mając to na
uwadze
a wybierz wszystkie prawdziwe zda-
nia z poniższych pięciu. Zdania te od-
noszą się do sytuacji przedstawionej
na rysunku.
Siła wyporu nie zależy od
1. ciężaru ciała zanurzonego,
2. objętoS
ci ciała zanurzonego,
3. gęstoS
ci ciała zanurzonego,
4. głębokoS
ci zanurzenia ciała,
5. kształtu ciała zanurzonego.
b* napisz jedno lub dwuzdaniowy ko-
mentarz wyjaS
niający na temat każdego
zdania, które uznałeS
za fałszywe.
0,5 N
145 Niektórzy ludzie wyrażają się nie-
0,3 N
zbyt precyzyjnie; o tym, co pokazano na ry-
sunku mówią w następujący sposób:
Bryłka zanurzona w cieczy waży o 0,2 N
mniej niż w powietrzu.
a WyjaS
nij, co mają na myS
li wypowia-
dający to zdanie.
94 Rozwiązania na str. 236, 237
Zadania 7
b Czy to oznacza, że ciało po zanurzeniu w cieczy ma mniejszy ciężar niż w
powietrzu? Dlaczego siłomierz pokazuje mniej?
c* Wymień wszystkie siły, które działają na bryłkę zanurzoną w cieczy. Na-
rysuj wektory tych sił, tak, aby z rysunku było widać, że siły te równoważą się.
*
146 Ciężar pustej łódki wynosi 1000 N. GęstoS
ć wody w jeziorze wynosi
1000 kg m3, a gęstoS
ć wody morskiej 1080 kg m3.
a Oblicz objętoS
ć wody wypartej przez pustą łódkę, gdy unosi się ona na spo-
kojnej tafli jeziora.
b O ile wzroS
nie objętoS
ć wypartej wody, gdy wejdziesz do łódki. Załóż, że
twoja masa wynosi 50 kg.
c Oblicz wartoS
ć siły wyporu, jaka działa na łódkę, gdy pływasz w niej po
spokojnym morzu.
d Czy siła wyporu wywierana przez morską wodę jest inna niż siła wyporu
wywierana przez wodę w jeziorze? Czy objętoS
ć wypartej wody morskiej jest
inna niż objętoS
ć wypartej słodkiej wody? Uzasadnij odpowiedzi na te pyta-
nia.
**
147 Niektóre x
ródła podają, że radoS
ć Archimedesa (patrz zadanie 106,
rozdział 5) była związana z odkryciem prawa nazwanego póx
niej jego imieniem.
Według tych x
ródeł Archimedes nie tak rozwiązał problem korony króla Syrakuz,
jak to pokazaliS
my w zadaniu 106. Siedząc w wannie Archimedes wymyS
lił, że
wartoS
ć siły wyporu (Fw ) działającej na ciało zanurzone w wodzie jest równa war-
toS
ci ciężaru wody wypartej przez to ciało. Chcąc sprawdzić uczciwoS
ć złotnika
dwukrotnie zważył koronę zawieszoną na szurku, raz w powietrzu (Fc ) i powtór-
nie, gdy była zanurzona w wodzie (Q).
Załóżmy, że uzyskał następujący wynik:
Q
0,948 .
Fc
Dokończ rozumowanie Archimedesa i oblicz gęstoS
ć substancji, z której wykona-
no koronę. Przyjmij gęstoS
ć wody 1g cm3 .
Rozwiązania na str. 237, 238, 239 95