ΣΤ΄ ΤΑΞΗ - ΦΥΣΙΚΗ - ΜΗΧΑΝΙΚΗ
Φ.Ε.9 : Υδροστατική Πίεση
Γιατί τα τεχνητά φράγματα κατασκευάζονται παχύτερα στο κάτω μέρος τους;
Γιατί τα βαθυσκάφη μοιάζουν περισσότερο με διαστημόπλοια και λιγότερο με πλοία, και γιατί έχουν πολύ χοντρά τοιχώματα;
Γιατί ο δύτης πρέπει να φορέσει οπωσδήποτε σκάφανδρο σε μεγάλο βάθος θάλασσας,εκτός των άλλων για να μην σπάσει το τύμπανο του αυτιού του;
Γιατί οι δεξαμενές του νερού στις πόλεις και τα χωριά βρίσκονται σε ψηλά μέρη;
(Υδραγωγείο Νέας Νικομείδιας: dim-n-lykog.ima.sch.gr)
|
|
Α. Η ΠΙΕΣΗ ΕΞΑΡΤΑΤΑΙ ΑΠΟ ΤΟ ΒΑΘΟΣ
Πείραμα: Το τρύπιο μπουκάλι
|
Παίρνουμε ένα πλαστικό μπουκάλι μεγάλο (του λίτρου), του κάνουμε 3 - 4 τρύπες και το γεμίζουμε με νερό (βάζοντάς το, αν θέλουμε, κάτω από μια ανοικτή βρύση, για να έχουμε συνεχή ροή). Παρατηρούμε το εξής χαρακτηριστικό: Όσο πιο χαμηλά βρίσκεται η τρύπα, τόσο δυνατότερα και μακρύτερα πετάγεται το νερό έξω από το μπουκάλι. Η ΕΞΗΓΗΣΗ (απλοποιημένη) Κάθε μόριο υγρού σε ένα δοχείο πιέζει όλα τα υπόλοιπα μόρια του υγρού που βρίσκονται από κάτω του. Επομένως, κάθε σημείο στο νερό (Α, Β, Γ, Δ) πιέζεται από το βάρος του νερού που βρίσκεται από πάνω του. Αυτό σημαίνει πως στο μπουκάλι αριστερά την μικρότερη πίεση την δέχεται το νερό στο σημείο Α, ενώ την μεγαλύτερη πίεση την δέχεται το νερό στο σημείο Δ. Αυτό φαίνεται, κιόλας, από το γεγονός πως το νερό στο σημείο Δ απομακρύνεται από το μπουκάλι σε μεγαλύτερη απόσταση από ό,τι στα άλλα σημεία. Δείτε το στο παρακάτω βίντεο: |
(youtu.be/c_KvvDaamzs)
Δοκιμάστε το και διαδραστικά!
Στο link που θα ανοίξει κάντε ΚΛΙΚ στην ΑΡΙΣΤΕΡΗ εικόνα (Η δεξιά εξετάζει περισσότερες λεπτομέρειες απ΄ όσες χρειαζόμαστε στο δημοτικό...):
Έτσι, λοιπόν:
Το φράγμα το κτίζουμε πολύ παχύτερο στο κάτω μέρος του, αφού όσο πιο βαθύ είναι, τόσο πιο μεγάλη πίεση δέχονται τα τοιχώματά του.
|
|
Β. Η ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΠΙΕΣΗ ΔΕΝ ΕΞΑΡΤΑΤΑΙ ΑΠΟ ΤΟ ΣΧΗΜΑ ΤΟΥ ΔΟΧΕΙΟΥ, ΟΥΤΕ ΑΠΟ ΤΟΝ ΟΓΚΟ ΤΟΥ ΥΓΡΟΥ
Στο παραπάνω σχήμα, η πίεση που δέχονται τα σημεία Α, Β, Γ στην πρώτη λίμνη, και το σημείο Δ στην δεύτερη λίμνη είναι η ίδια, αφού βρίσκονται ακριβώς στο ίδιο βάθος.
Το ίδιο ισχύει και για τα σημεία Ε και ΣΤ. Άσχετα αν φαίνεται πως το σημείο Ε βρίσκεται κάτω από πολύ μεγαλύτερον όγκο νερού, στην πραγματικότητα δέχεται ακριβώς την ίδια πίεση με το σημείο ΣΤ, διότι και τα δύο σημεία βρίσκονται στο ίδιο βάθος.
Και πώς το καταλαβαίνουμε αυτό;
Αν τοποθετήσουμε μανόμετρα (όργανα που μετρούν την πίεση) σε όλα αυτά τα σημεία θα δούμε πως στα σημεία Α, Β, Γ και Δ η ένδειξη είναι ίδια. Επίσης ίδια είναι και στα σημεία Ε και ΣΤ.
Εμείς, εδώ, μπορούμε να το δούμε διαδραστικά, με την μανομετρική κάψα.
Το ίδιο ισχύει και για τα σημεία Ε και ΣΤ. Άσχετα αν φαίνεται πως το σημείο Ε βρίσκεται κάτω από πολύ μεγαλύτερον όγκο νερού, στην πραγματικότητα δέχεται ακριβώς την ίδια πίεση με το σημείο ΣΤ, διότι και τα δύο σημεία βρίσκονται στο ίδιο βάθος.
Και πώς το καταλαβαίνουμε αυτό;
Αν τοποθετήσουμε μανόμετρα (όργανα που μετρούν την πίεση) σε όλα αυτά τα σημεία θα δούμε πως στα σημεία Α, Β, Γ και Δ η ένδειξη είναι ίδια. Επίσης ίδια είναι και στα σημεία Ε και ΣΤ.
Εμείς, εδώ, μπορούμε να το δούμε διαδραστικά, με την μανομετρική κάψα.
|
Όταν πιέζουμε προς τον πυθμένα την μανομετρική κάψα (Α), η πίεση που δέχεται αυτή μεγαλώνει. Η αύξηση της πίεσης μεταφέρεται στην κόκκινη ένδειξη του μανομέτρου, δεξιά. Όσο πιο χαμηλά τοποθετούμε την μανομετρική κάψα, τόσο μεγαλύτερη ένδειξη πίεσης παίρνουμε από το μανόμετρο. Έτσι καταλαβαίνουμε πως η πίεση γίνεται μεγαλύτερη, όσο μεγαλύτερο γίνεται το βάθος του υγρού. |
|
Γ. ΤΑ ΥΓΡΑ ΠΙΕΖΟΥΝ ΚΑΘΕ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΠΟΥ ΒΡΙΣΚΕΤΑΙ ΜΕΣΑ Σ'ΑΥΤΑ
Πείραμα: Η τάπα που δεν πέφτει
(youtu.be/O8-DT6zOeUo)
|
Στο παραπάνω πείραμα, είδαμε πως η τάπα δεν έφευγε από το μπουκάλι, παρά το βάρος του (χρωματισμένου) νερού που υπήρχε από πάνω της. Αυτό συνέβαινε, διότι δεχόταν πίεση όχι μόνο από το βάρος του νερού από πάνω της, αλλά και από το νερό που βρισκόταν από κάτω της. Και μάλιστα, όσο πιο βαθιά θα βρισκόταν, τόσο μεγαλύτερη πίεση θα δεχόταν. Έτσι και ο δύτης: Ανεξάρτητα από το αν στέκεται ίσια, ανάποδα, μπρούμητα ή ανάσκελα μέσα στο νερό, η πίεση που δέχεται είναι η ίδια. Επομένως, από ένα βάθος και κάτω είναι υποχρεωμένος να φοράει σκάφανδρο. |
|
Το ίδιο συμβαίνει και με τα βαθυσκάφη: Είναι έτσι κατασκευασμένα, και με τόσο χοντρά τοιχώματα, για να μπορούν να αντέχουν στις τεράστιες πιέσεις που δέχονται στα βάθη της θάλασσας σε κάθε σημείο της επιφάνειάς τους.
(Για παράδειγμα, η πίεση που επικρατεί στον πυθμένα της τάφρου των Μαριάνων, με τα σχεδόν 11.000 μ. βάθος, είναι πάνω από 1.000 φορές μεγαλύτερη απ' αυτήν που επικρατεί στην επιφάνεια της θάλασσας!)
Διαδραστικό: Η πίεση στα διάφορα σημεία του υγρού
ΕΠΙΛΟΓΗ Α: Ανοιγοκλείνετε την βρύση και την κάνουλα κάτω δεξιά, παίρνετε ένα μανόμετρο από πάνω και ελέγχετε πόσο μεγάλη ή μικρή είναι η πίεση, ανάλογα με την στάθμη του υγρού μέσα στην λεκάνη.
ΕΠΙΛΟΓΕΣ Β & Γ: Τοποθετήστε μανόμετρα σε διαφορετικά σημεία, για να δείτε πως σε ίδιο ύψος η πίεση είναι η ίδια, ανεξάρτητα από το σχήμα του δοχείου.
ΕΠΙΛΟΓΕΣ Β & Γ: Τοποθετήστε μανόμετρα σε διαφορετικά σημεία, για να δείτε πως σε ίδιο ύψος η πίεση είναι η ίδια, ανεξάρτητα από το σχήμα του δοχείου.
Μετά απ' αυτό, καταλαβαίνουμε γιατί στο παρακάτω σχήμα η στάθμη είναι ίδια σε όλα τα δοχεία από κάτω (που επικοινωνούν μεταξύ τους), ανεξάρτητα από την μορφή ή το μέγεθός τους.
|
Είναι κατανοητό τώρα... για ποιον λόγο τα υδραγωγεία (ιδίως τα πιο παλιά χρόνια που δεν υπήρχαν οι αντλίες) βρίσκονταν στα πιο ψηλά σημεία του χωριού; |
|
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ
Όταν ένα σώμα βρίσκεται βυθισμένο μέσα σε ένα υγρό, δέχεται πίεση σε όλα τα μέρη
της επιφάνειάς του, ανεξάρτητα από το μέγεθος και το σχήμα του δοχείου στο οποίο βρίσκεται.
Σε όσο πιο μεγάλο βάθος βρίσκεται τόσο πιο μεγάλη είναι η πίεση που δέχεται.
της επιφάνειάς του, ανεξάρτητα από το μέγεθος και το σχήμα του δοχείου στο οποίο βρίσκεται.
Σε όσο πιο μεγάλο βάθος βρίσκεται τόσο πιο μεγάλη είναι η πίεση που δέχεται.
Παιχνιδάκια των αρχαίων...
Η κούπα του Πυθαγόρα
Είναι ένα πρωτότυπο και πανέξυπνο κύπελο κρασιού, που έφερε μια γραμμή η οποία καθόριζε το σημείο μέχρι το οποίο έπρεπε να το γεμίσει κάποιος. Στο εσωτερικό του είχε ένα σιφώνιο.
Όταν κάποιος γέμιζε το ποτήρι μέχρι την γραμμή (μέχρι το όριο), έπινε κανονικά το ποτό του (κρασί, που έπιναν οι αρχαίοι).
Όταν, όμως, κάποιος ήταν πλεονέκτης και γέμιζε υπερβολικά το ποτήρι του, η στάθμη του κρασιού κάλυπτε το σιφώνιο και όλο το ποτήρι άδειαζε τελείως (και χυνόταν στο πάτωμα...).
Θεωρείται πως είναι εφεύρεση του φιλοσόφου Πυθαγόρα (6ος αι. π.Χ.) ο οποίος ήθελε να διδάξει στους μαθητές του πόσο χρήσιμο και αναγκαίο είναι να έχουμε μέτρο στην ζωή μας.
Η λειτουργία του εξηγείται συνοπτικά με τις παρακάτω εικόνες:
Όταν κάποιος γέμιζε το ποτήρι μέχρι την γραμμή (μέχρι το όριο), έπινε κανονικά το ποτό του (κρασί, που έπιναν οι αρχαίοι).
Όταν, όμως, κάποιος ήταν πλεονέκτης και γέμιζε υπερβολικά το ποτήρι του, η στάθμη του κρασιού κάλυπτε το σιφώνιο και όλο το ποτήρι άδειαζε τελείως (και χυνόταν στο πάτωμα...).
Θεωρείται πως είναι εφεύρεση του φιλοσόφου Πυθαγόρα (6ος αι. π.Χ.) ο οποίος ήθελε να διδάξει στους μαθητές του πόσο χρήσιμο και αναγκαίο είναι να έχουμε μέτρο στην ζωή μας.
Η λειτουργία του εξηγείται συνοπτικά με τις παρακάτω εικόνες:
|
|
|
|
|
Δείτε το και σε βίντεο:
(youtu.be/LLlwzlbY_OU)
