Hydrostatický tlak

Níže se budeme věnovat výpočtům, které se vztahují k vodě a to k hustotě, tlaku, objemu, tíze, tlaku u dna apod. Při výpočtu tlaku musíme znát vždy hustotu vody, která se udává v kilogramech na metr krychlový a také hloubku, kde se konkrétní předmět na něhož tlak působí nachází a vypočítáme jej dle vztahu:

P = h . ro . g

P = výpočet tlaku, h = hloubka v metrech, ro = hustota vody v kilogramech na metr krychlový, g = tíhové zrychlení, které je 10 na planetě Zemi.

Hustota vody je odvozena od teploty okolí. To znamená, že hustota vody u podvodní sopky bude 992,5 kg na metr krychlový. A u studených proudů, kde se teplota pohybuje kolem 5 stupňů Celsia je hustota vody 999,99 kg na metr krychlový. Čím více se ponoříme do chladné vody, tak se hustota zvyšuje. Součástí hustoty vody je i váha vody a pokud nemáme definovanou váhu vody, tak jí vypočítáme podle níže uvedeného vztahu. Nutné je znát objem vody, který označujeme písmenkem "V" a udává se v metrech krychlových.

m = ro . V

m = váha vody v kilogramech na metr krychlový, ro = hustota vody v kilogramech na metry krychlový a V = objem vody v metrech krychlových.

Tíha vody se počítá podle níže uvedeného vztahu a výsledek se uvádí v newtonech (N):

G = m . g

G = tíha vody, m = váha vody v metrech krychlových a g = tíhové zrychlení, které je na planetě Zemi "10".

Hydrostatický tlak u dna vody vypočítáme, pokud vydělíme tíhu vody "G" obsahem plochy (v našem případě viz. výše 0,6 . 0,4. Vše nám vyjde v pascalech a v kilo-pascalech. 

p = G : S (zapsáno pod sebou)

U výpočtu tlakové síly na konkrétní plochu musíme tedy znát jednak hustotu vody, hloubku ponořeného tělesa v metrech, tíhové zrychlení, které je vždy "10" a hlavně plochu objektu na nějž působí konkrétní tlak vody, jenž je uvedený vždy v metrech čtverečních. Tlakovou sílu na plochu počítáme dle vztahu:

Fh = h . ro . g . S

Fh = hydrostatická tlaková síla, h = hloubka, ro = hustota vody, g = tíhové zrychlení (na Zemi je to 10) a S = plocha (musí být vždy převedeno na metry čtvereční). To znamená, že pokud se bude jednat o 1 dm, tak to převedeme na 0,01 metru čtverečních.

Pokud ale neznáme objem vody, tak jej musíme vypočítat dle níže uvedeného vztahu, do kterého se řadí rozměry například bazénu a jeho hloubka. Výsledek nám vyjde v metrech krychlových.

V = a . b . h

V = objem vody v metrech krychlových, a = délka, b = šířka a h = hloubka v metrech.

Pokud tedy máme akvárium tvaru kvádru, které má rozměry 60 cm x 40 cm a jeho hloubka je 35 cm, tak vše převedeme na metry a dosadíme do vzorečku. Zápis by poté byl takovýto:

a = 60 cm = 0,6 m

b = 40 cm = 0,4 m

h = 35 cm = 0,35 m

V = a . b . h

V = 0,6 . 0,4 . 0,35

V = 0,084 metru krychlových

Objem vody je v akváriu tedy 0,084 metru krychlových.

1.

Jakým tlakem působí voda na dno Lipenské přehrady, když její míry jsou 42 km x 5 km a průměrná hloubka je 7 metrů?

3.

Kolik tlakové síly musí vydržet oko žraloka, který plave v nádrži o rozměrech 30 x 20 metrů a je v hloubce 5 metrů? Oko žraloka je velké 4,5 cm čtverečních.

2.

Jakým tlakem působí voda na dno plaveckého bazénu, který má rozměry 50 x 25 metrů a jeho hloubka je na každém místě 1,5 metru?

4.

Kryštof se potápí v Egyptě do jeskynního domu o rozměrech 20 x 20 metrů a potápí se do hloubky 80 metrů. Jakým tlakem působí voda na 1 dm čtvereční jeho těla, kde je hustota vody 980 kg na metr krychlový?

Kde se usadí vajíčko? Vajíčko zůstane plavat na rozhraní obou vrstev vody (slané a obyčejné).

Pokus číslo 1.:

Pomůcky: dvě širší sklenice, vodu, sůl a dvě nevařená vajíčka.

Vznášející se vejce:

Do širší sklenice nalij asi do poloviny vodu a rozmíchej v ní tolik soli, aby byl roztok nasycený. (V nasyceném roztoku se už žádná další sůl nerozpustí.) Na slaný roztok opatrně nalijeme vrstvu normální vody tak, aby se obě vrstvy nesmíchaly (sladkou vodu tedy lijeme na slanou opatrně po skle). Nakonec do vody opatrně spustíme vejce, které zůstane mezi oběma vrstvami.

Co jsme s tím zjistili?

A) Na dně sklenice je med s největší hustotou. Nad ním je voda a na vodě je olej s nejmenší hustotou.

B) Na dně sklenice je med protože má menší hustotu než voda a olej. Je těžší z důvodu, že je vyroben z cukru.

Pokus číslo 2.:

Pomůcky: sklenice, med, voda, olej.

Na dno sklenice dáme cca 2 cm vrstvu medu, na to umístíme vrstvu vody a nahoru cca 2 cm vrstvu oleje. Vše vyfotografujeme a odešleme. Do názvu fotografie uvedeme jméno, příjmení a třídu.

Hustota kapalin:

Pokus číslo 3.:

Pokus číslo 4.:

Pokus číslo 5.:

Pomůcky: Pet lahev, nůžky, vodu.

Do lahve uděláte cca dva až tři centimetry nad sebou díry nůžkami a do lahve nalijete vodu.

Tlak kapaliny na prostředí

Pokusem zjistíte, že pokud je lahev naplněná, tak je tlak velký, jakmile voda začíná odtékat, tak se tlak vody snižuje.

Pokus číslo 6.: Instantní zmrzlina a hra s vodou

Pomůcky: destilovaná voda a mrazák

Postup: destilovanou vodu vložíte na hodinu do mrazáku, aby se chladila při teplotě -8 stupňů Celsia. Poté vodu vyjmeme. Pokud s ní zatřepeme, tak se okamžitě promění v led. Pokud vodu budeme pomalu nalévat třeba do sklenice, tak bude vytvářet ledové efekty viz. obrázek níže.

Pokus číslo 7.: Lávová lampa

Pomůcky: nádoba, potravinářské barvivo, voda, olej a šumivá tableta.

Postup: do nábody nalejeme olej a následně poté pomalu přiléváme vodu. Počkáme chvilku než se voda usadí na dně lahve. Poté přidáme potravinářské barvivo (případně tekutinu ze zvýrazňovače - efekt svítící lampy). Počkáme opět než se barvivo usadí. Po chvilce vhodíme šumivou tabletu a máme hotovo.

Pokus číslo 8.: Gumové vajíčko

Pomůcky: syrové vajíčko, sklenice, misku/tácek na přikrytí sklenice a ocet, aby mohlo být vejce celé ponořené.

Postup: do sklenice nalejeme ocet, tak vysoko, aby se mohlo vajíčko celé ponořit. A skleničku přikryjeme táckem, aby se vůně octa nešířila po celé místnosti (doporučujeje provádět na balkoně apod.). Vajíčko vyjmeš ze skelničky druhý den (po 24 hodinách).

Co budeš pozorovat po 24 hodinách? Skořápka na vajíčku téměř celá zmizí. Vajíčko bude kryté jen pevnou blánou a vajíčko bude vypadat, jakoby bylo vyrobené z gumy. Můžete jej pustit i z větší výšky.

Úkol: natočíte na video postup přípravy, uložení vajíčka - střich - vyjmutí vajíčka, očištění a ukázání gumovosti vajíčka. Video zašlete na messenger/e-mail vyučujícího.