Mechanické vlastnosti kapalin a plynů Molekuly plynu jsou v neustálém neuspořádaném pohybu Mezi jednotlivými molekulami plynu nepůsobí žádné síly (kromě.

Prezentace na téma: "Mechanické vlastnosti kapalin a plynů Molekuly plynu jsou v neustálém neuspořádaném pohybu Mezi jednotlivými molekulami plynu nepůsobí žádné síly (kromě."— Transkript prezentace:

1 Mechanické vlastnosti kapalin a plynů Molekuly plynu jsou v neustálém neuspořádaném pohybu Mezi jednotlivými molekulami plynu nepůsobí žádné síly (kromě okamžiku srážky) Molekuly se pohybují rovnoměrným přímočarým pohybem. Při vzájemné srážce nebo při srážce se stěnou nádoby mění směr i velikost své rychlosti Plynné těleso nemá vlastní tvar, vyplní celý prostor, jež je mu dán k dispozici Plynná tělesa snadno mění objem – jsou stlačitelná

2 Mechanické vlastnosti kapalin a plynů Molekuly kapaliny jsou v neustálém neuspořádaném pohybu Mezi jednotlivými molekulami kapaliny působí přitažlivé síly (např. vodíkové můstky) Přesný popis pohybu jednotlivých molekul kapaliny je velmi obtížný Kapalné těleso nemá vlastní tvar, ale má pevný objem. Tvar mění podle tvaru nádoby. Není-li kapalné těleso v nádobě, zaujme tvar koule. Kapaliny jsou téměř nestlačitelné

3 Vznik tlakové síly Při nárazu molekuly plynu či kapaliny do stěny nádoby působí částice na stěnu silou. Síla, kterou působí na stěnu jedna molekula je nesmírně malá – současnou technikou vpodstatě ani nejde změřit. V malém časovém intervalu (srovnatelném s dobou trvání srážky) ale do stěny naráží obrovské množství částic a síly, kterými působí na stěnu, se sčítají.

4 Vznik tlakové síly Budeme-li sledovat různé časové intervaly, zjistíme, že počet částic, které stihnou do stěny narazit, bude v každém z nich přibližně stejný. Průměrná síla, kterou zapůsobí jedna částice na stěnu, je také stále stejná. Celková síla, kterou působí částice na stěnu, je stále stejná – nemění se v čase. Síla se změní pouze v tom případě, změníme-li počet částic, které dopadají na stěnu ve sledovaném časovém intervalu. To lze zajistit dvěmi způsoby. Zvýšením hustoty částic (počet v objemu) Zvětšením plochy stěny

5 Tlak - definice Počet částic, které dopadají na nějakou plochu v daném časovém intervalu, se ale nedá měřit. Kromě toho, síla, kterou každá z částic působí sama o sobě, závisí na dalších podmínkách (např. na teplotě plynu). Zavádí se proto veličina, která popisuje toto chování molekul souhrnně. Tlak F …. velikost celkové síly, kterou plyn/kapalina působí na danou stěnu (kolmo) S …. plocha stěny

6 Tlak - definice Tlak je skalární veličina – nemá směr, pouze velikost Tlaková síla F = p.S působí vždy kolmo na danou plochu Tlak je vždy konstantní (všude stejný) pro daný objem plynu či kapaliny (zanedbáme-li gravitaci). Jakákoliv změna tlaku na jednom konci nádoby se přenese téměř okamžitě i na ostatní části nádoby Ve velkých objemech kapalin či plynů se tlak kvůli gravitaci mění s výškou Jednotka tlaku: Pascal, zkráceně Pa

7 Tlak a tlaková síla Příklad : Kapalina v nádobě působí silou F = 1N kolmo na dno nádoby o obsahu S = 100 cm 2. Jak veliký tlak je u dna nádoby? Řešení : F = 1 N S = 100 cm 2 = 100 (0.01 m) 2 = 100 x 0.0001 m 2 = 0,01 m 2

8 Tlak a tlaková síla Příklad : Uvnitř kapaliny je tlak p = 1000 Pa. Jak velikou silou působí kapalina na rovinnou plochu o obsahu S = 10 m 2 ? Řešení : p = 1000 Pa S = 10 m 2 Tato síla zhruba odpovídá tíhové síle tělesa o hmotnosti jedné tuny. Pro srovnání : atmosférický tlak je zhruba 100 000 Pa.

9 Tlak v kapalinách – Pascalův zákon Pevné látky, plyny a kapaliny přenášejí působící sílu zcela odlišně Kapalné a plynné těleso: plastovou láhev zcela naplňte vodou a udělejte do ní jehlou několik otvorů. Stisknete-li láhev, tryská voda otvory na všechny strany - tlaková síla se kapalinou přenáší všemi směry. Plyn například v dětském balónku se chová obdobně – zatlačíte-li na balónek, zvýší se tlak uvnitř a síla se přenese na ostatní části stěny. Na rozdíl od kapaliny v lahvi ale plyn změnil objem. Pevné těleso: zatlačíte-li na dřevěnou nebo kovovou tyč, přenáší se síla jen ve směru působení. Této vlastnosti využívají například různé pákové mechanismy.

10 Tlak v kapalinách – Pascalův zákon Pascalův zákon v kapalinách platí proto, že jsou prakticky nestlačitelné a jejich částice se po sobě mohou velmi snadno posunovat. Plyny jsou naopak dobře stlačitelné, a proto v nich platí Pascalův zákon jen částečně. Je-li v uzavřené nádobě kapalina, na kterou působí vnější síla, platí Pascalův zákon: V kapalinách se přenáší tlaková síla do všech směrů. Tlak vyvolaný vnější silou, působící na povrch kapaliny, je ve všech místech kapaliny stejný.

11 Tlak v kapalinách - Pascalův zákon Blaise Pascal (1623 - 1662) Už ve 14 letech docházel na schůzky významných francouzských matematiků a dva roky nato napsal své první matematické pojednání. Pro svého otce, královského výběrčího daní, sestrojil v 19 letech první mechanický počítací stroj. Ve fyzice soustředil hlavní pozornost na studium atmosférického tlaku. Zopakoval Torricelliho pokusy (kromě rtuti při nich použil také vodu a víno) a na jejich základě dospěl k rovnici pro výpočet atmosférického tlaku. Experimentálně také dokázal závislost atmosférického tlaku na nadmořské výšce. Řešil i problémy rovnováhy kapalin a plynů.

12 Hydraulická zařízení Kapaliny jsou prakticky nestlačitelné a jejich molekuly jsou poměrně pohyblivé. Tyto vlastnosti našly praktické využití v mnoha hydraulických zařízeních (lisy, zvedáky, brzdy apod.). Teoreticky je princip hydraulických strojů vyjádřen Pascalovým zákonem: tlak vyvolaný vnější silou se v kapalině šíří všemi směry a je ve všech místech stejný. V kterémkoli místě kapaliny je tedy podíl působící síly F a plochy S stejný.

13 Hydraulická zařízení

14

15

16 Shrnutí Molekuly kapalin a plynů jsou v neustálém neuspořádaném pohybu; molekuly kapalin mají vzájemné silové vazby, molekuly plynu nikoliv Při nárazech na stěny nádoby působí molekuly plynu či kapaliny na nádobu malou silou; průměrná síla, která vzniká nárazy mnoha molekul je velká a nemění se v čase, je přímo úměrná počtu narážejících částic a tedy ploše Zavádí se veličina tlak vztahem Jednotka tlaku je Pascal, zkráceně Pa V kapalinách se přenáší tlaková síla do všech směrů. Tlak vyvolaný vnější silou, působící na povrch kapaliny, je ve všech místech kapaliny stejný. Pro rovnováhu v hydraulickém zařízení platí vzorec S hydraulickými zařízeními se často setkáváme v běžném životě