3.3.2 Brčko, pumpička, vývěva

Transkript

1 3.3.2 Brčko, umička, vývěva Předoklady: Pomůcky: vývěva, siloměr (nebo váha) do 250 N, umička, svrasklé jablko, zkumavky, kádinka s vodou Př. 1: Školní vývěva má zvon o růměru 0,4 m. Jak velký tlak musí být od zvonem, aby bylo možné ho nadzvednout silou 250 N? Na zvon vývěvy ůsobí čtyři síly: dolů gravitační síla F g (na její určení musíme znát hmotnost zvonu), dolů tlak vzduchu nad vývěvou F v, nahoru tlak vzduchu od vývěvou F, nahoru sílu, kterou ho nadzvedáváme F. Pokud máme zvon zvednout, musí být síla F tak velká, aby solečně se silou zbývající dvě síly ůsobící dolů. Sočteme velikosti sil Plocha zvonu: S = π r = π 0, 2 m = 0,12566 m. Gravitační síla: F = mg = 5 10 N = 50 N. g Tlak vzduchu nad vývěvou: F = S = ,12566 N = N. Celkově: F d = N = N. F vyrovnala Síla, kterou táhneme nahoru: F = 250 N tlak vzduchu od zvonem musí vyrobit sílu: F = N = N F Tlak vzduchu uvnitř vývěvy: = = N = N S 0,12566 Pod zvonem vývěvy musí být tlak Pa. Pedagogická oznámka: Žáci jsou šokováni tím, že tlak vzduchu od zvonem musí být skoro stejný jako tlak okolního vzduchu. Proto je namístě okus rovést. Při rovedení je leší vyčerat vzduch na odstatně nižší tlak ( Pa), aby zvon dobře řilehl. Pak vzduch ostuně řiouštět (okud vývěva šatně těsní, řiouštění zastavit u cca a ak se siloměrem čekat na okamžik, kdy tlak dosáhne ožadované hodnoty). Pokud vydržíte jde to i tak, že nastavíte sílu a čekáte až se zvon utrhne. Předchozí říklad za nás může z větší části vyřešit matematika (okud umíme dosazovat do vzorců a vyjadřovat neznámou). Pro síly, které ůsobí na zvon, můžeme nasat: Fg + Fv = F + F (součet sil, které ůsobí dolů, se rovná součtu sil, které ůsobí nahoru). Chceme vyočítat tlak vzduchu od vývěvou, tedy sílu F : F + F = F + F / F g v F = Fg + Fv F Dosadíme za jednotlivé síly: S = mg + S F / : S 1

2 mg + S F , = = Pa = Pa S 0,12566 Pedagogická oznámka: Postu íšu na tabuli, ale nechci, aby si ho žáci oisovali do sešitu. Př. 2: Proč nás vzduch svým tlakem nerozmačká? Co by stalo, kdybychom se ocitli ve vzduchu rázdnu (třeba i s dýchacím řístrojem)? V tlaku žijeme ořád a jsme na něj zvyklí. Dýcháme vzduch, který má atmosférický tlak. Naše tělo je uvnitř natlakované na stejný tlak, jaký má atmosféra okolo nás. V říadě, že bychom se ocitli ve vzduchorázdnu, vnitřní tlak by nevyrovnával vnější tlak a tělo by se začalo "nafukovat". Zejména z některých tkání bychom začali krvácet (oči, usa,...). Př. 3: Vysvětli, která síla tlačí vodu do usy, když ijeme brčkem. Když ijeme brčkem vtáhneme vzduch z usy do lic snížíme tlak vzduchu v use okolní vzduch tlačí na hladinu vody ve skleničce více než vzduch z naší usy tlačí na vodu v brčku okolní vzduch tlačí vodu do brčka a do naší usy. Př. 4: Rozhodni, jak zda je možné ít brčkem, které: a) je dlouhé 2 m, b) má díru, která není onořená do vody, c) je zakroucené. a) je dlouhé 2 m Možné to je, ale rotože hydrostatický tlak vody o výšce slouce 2 m je oměrně velký, budeme muset v use vytvořit větší odtlak než u normálního brčka (rozdíl mezi okolním tlakem a tlakem vzduchu v use musí být větší než je hydrostatický tlak vodního slouce v brčku). b) má díru, která není onořená do vody Není to možné. Dírou bude do brčka vnikat vzduch a bude zvyšovat tlak vzduchu na stejnou hodnotu, jakou má okolní tlak. c) je zakroucené Je to možné. Voda nemusí téci římou cestu. Taková brčka se dokonce vyrábí. Dodatek: Dobrovolníci si mohou o hodině vyzkoušet ití brčkem (hadicí) o délce 3 m. Př. 5: Jakou největší délku může mít brčko, abychom z něj mohli ít ři libovolném náklonu? Tlak vzduchu odovídá tlaku 10 m slouce vody nejdelší brčko, kterým bychom mohli ít i v kolmé oloze, by mělo délku 10 m (rakticky však méně, rotože u 10 m brčka bychom museli být schoni vytvořit v use dokonalé vzduchorázdno). Př. 6: Na obrázku je nakreslen ventilek. Vysvětli, jak funguje (roč vouští dovnitř vzduch z hustilky a neouští ven vzduch z ). Na kterém obrázku je nakreslen ventilek, který ouští vzduch dovnitř, na kterém ventilek, který zabraňuje unikání 2

3 vzduchu? a) b) Ventilek brání unikání vzduchu z (ucává otvor). Větší tlak vzduchu uvnitř neumatiky tiskne kuličku na otvor a zavírá tak vzduchu cestu ven, Ventilek roouští vzduch do. Větší tlak vzduchu v umičce odtlačuje kuličku z otvoru a uvolňuje cestu z umičky do. Př. 7: Prohlédni si vnitřek hustilky. Nakresli obrázky a oiš její funkci. Píst se ohybuje dolů vzduch od kůžičkou stlačujeme tlak vzduchu od kůžičkou je větší než tlak nad ní a řitiskává kůžičku k ístu zavírá si cestu z ístu íst ho natlačí do neumatiky. 3

4 Píst se ohybuje nahoru vzduch od kůžičkou ředíme tlak vzduchu nad kůžičkou je větší než tlak od ní a odchliuje ji od stěny ístu otevírá si cestu do ístu do ístu se nabírá další vzduch. Pedagogická oznámka: Hustilku má každý a je třeba ji otevřít a dát do ruky dětem. Př. 8: Sleduj okus s balónkem a jablkem. Co se stalo ři vyčerávání vzduchu z vývěvy? Proč? Co se stane, když ustíme do vývěvy zátky vzduch a jeho tlak se vrátí na ůvodní úroveň? Vyčerávání vzduchu: balónek se zvětšuje: tlak vzduchu od zvonem klesá rozdíl mezi tlakem vzduchu uvnitř balónku a vně balónku se zvětšuje stěny se naínají větší silou a balónek se zvětšuje. sluka svraštělého jablka se narovnává: tlak vzduchu od zvonem klesá vzduch uvnitř jablka má větší tlak a rozíná se sluka jablka se naíná. Zětné naouštění vzduchu: balónek se zmenšuje: tlak vzduchu od zvonem roste rozdíl v tlaku vzduchu uvnitř balónku a vně balónku se zmenšuje stěny se naínají menší silou a balónek se zmenšuje. sluka jablka se svrašťuje: tlak vzduchu od zvonem roste jablko je stlačováno větším tlakem sluka jablka se svrašťuje. Když se tlak vzduchu vrátí na ůvodní úroveň, vrátí se do ůvodního stavu balónek i jablko. Pedagogická oznámka: Vyčeráme vzduch z vývěvy, rozebereme změny, žáci odhadnou, co se bude dít ři naouštění vzduchu a ak terve naustíme vzduch do vývěvy. Př. 9: Proč je jablko na konci okusu ještě svraštělejší než na očátku? Jablko zřejmě obsahovalo vzduch, který z něho unikl jablko je menší (a tím svraštělejší) než na začátku. Př. 10: V kádince jsou vzhůru nohama dvě zkumavky. Jaký je mezi nimi rozdíl? Co se bude dít, když dáme kádinku se zkumavkami od zvon vývěvy a začneme vyčerávat vzduch? Co se bude dít, když vzduch od zvon znovu naustíme? V jedné zkumavce je vzduch, druhá je lná vody. Při vyčerávání vzduchu: 4

5 zkumavka se vzduchem: tlak vzduchu na hladinu vody v kádince klesá, tlak vzduchu ve zkumavce je větší vzduch ve zkumavce vytlačuje ze zkumavky vodu okud je vzduchu ve zkumavce hodně, může vytlačit všechnu vodu a částečně uniknout ven. zkumavka bez vzduchu: nic se nebude dít. Při naouštění vzduchu: zkumavka se vzduchem: tlak vzduchu na hladinu vody v kádince roste, tlak vzduchu ve zkumavce je menší vzduch od zvonem natlačuje vodu do zkumavky voda se nasává zátky do zkumavky (okud ři vysávání nějaký vzduch unikl, bude na konci okusu ve zkumavce více vody než na začátku). zkumavka bez vzduchu: nic se nebude dít. Shrnutí: Když vytvoříme řetlak nebo odtlak vznikne rozdíl tlaků, který můžeme užitečně využít. 5