Embed Size (px)
Citation preview
MEHANIKA FLUIDA
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
Napomena o literaturi/knjizi:
Ovaj se dio sadržaja kolegijane nalazi u knjizi Dobrinić-Bonato nego u knjizi Dobrinić-Mandić(u izdanju Pomorskog fakulteta Rijeka) (u izdanju Tehničkog fakulteta u Rijeci)
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
R. J
urd
ana-
Šep
ić, B
. Milo
tić
Što
nam
uop
će o
stan
e iz
fiz
ike
Obrazovanje je ono što ostanekad se sve što se u školi učilo – zaboravi.
UMJESTO MOTIVACIJE
Što nam uopće ostane iz fizike?Provjera prirodoznanstvene pismenosti
R. J
urd
ana-
Šep
ić, B
. Milo
tić
Što
nam
uop
će o
stan
e iz
fiz
ike
Naše malo istraživanje prirodoznanstvene pismenosti, 2008
Pitanja odabir
školska vs. popularna26 s ponuđenim odgovorima + 10 konceptualnih
Uzorak167 ispitanika u dobi od 20 do 75 godina
Hvala anketari
studenti 4 god. ak g. 2007/08 studijskih grupa MF, FP
Leana DobšaDanaja GlavičićSanjin GotićIvona LambašaDaria LjubobratovićJulijana LjubojevićIva MršaDarko MužaRobert PeterDavid RajlićPetra PelozaIvana PoljančićMirjana Štimac
54%
9%
7%
17%
9%4%
1
2
3
4
5
6
Dobna struktura ispitanika
15-25 g.
55-65 g.
45-55 g.
35-45 g.
25-35 g.
+65 g.
R. J
urd
ana-
Šep
ić, B
. Milo
tić
Što
nam
uop
će o
stan
e iz
fiz
ike
65%
35%
Spolna struktura ispitanika
žene
muškarci
R. J
urd
ana-
Šep
ić, B
. Milo
tić
Što
nam
uop
će o
stan
e iz
fiz
ike
5%
42%
40%
12% 1%
1
2
3
4
5
Obrazovna struktura ispitanika
OŠ
SŠ
Gimnazija
Fakultet
R. J
urd
ana-
Šep
ić, B
. Milo
tić
Što
nam
uop
će o
stan
e iz
fiz
ike
TOČAN
NETOČAN
PRIBLIŽNO TOČNO, NA TRAGU
Semafor odgovora za konceptualna pitanja
NE ZNAM
R. J
urd
ana-
Šep
ić, B
. Milo
tić
Što
nam
uop
će o
stan
e iz
fiz
ike
47
16
37
0
8
8. Gdje je veći tlak zraka, na morskoj razini ili na vrh Učke?
R. J
urd
ana-
Šep
ić, B
. Milo
tić
Što
nam
uop
će o
stan
e iz
fiz
ike
51
14
29
69
9. Zašto ulje pliva na vodi?
R. J
urd
ana-
Šep
ić, B
. Milo
tić
Što
nam
uop
će o
stan
e iz
fiz
ike
16
34
20
29
10
10. Zašto brod pliva, a sjekira ne iako su oboje od željeza?
R. J
urd
ana-
Šep
ić, B
. Milo
tić
Što
nam
uop
će o
stan
e iz
fiz
ike
FLUIDI = TEKUĆINE
U RAZGOVORNOM JEZIKU - plin nije tekućina, a riječ „kapljevine” rijeđe koristimo.
U FIZICI - tekućina i fluid su sinonimi. Kapljevine i plinovi su tekućine. Zrak je plin, a time je i tekućina tj. fluid. Voda je kapljevina, a time je i tekućina tj. fluid.
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
MEHANIKA FLUIDA
STATIKA FLUIDA – zakoni djelovanja sila na fluid u mirovanju
DINAMIKA FLUIDA – djelovanja sila koje izazivaju gibanje fluida i silama među fluidom i stijenkom
KINEMATIKA FLUIDA – opis fluida u gibanju neovisno o uzrocima
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
MEHANIKA FLUIDA
AEROMEHANIKA(opis stlačivih fluida)
HIDROMEHANIKAopis nestlačivih fluida
Aerostatika
Aerodinamika
Hidrostatika
Hidrodinamika
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
STATIKA FLUIDA
Fluid u mirovanju
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
KAPLJEVINE I PLINOVI - STLAČIVOST
TLAK Sile pritiska- međudjelovanja čestica fluida- sile F okomite na stijenku posude koje uzrokuju pritisak
S
Fp
TLAK
Ako sila pritiska nije jednaka u svim dijelovima površine
Srednji tlak
dS
dF
S
Fp
S
lim0
Pravi tlak
SpdFd
Vektorski
Vektor čiji je smjer definiran kao okomit na ravninu u kojoj leži element površine dS
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
STLAČIVOST Promjena obujma fluida djelovanjem vanjske sile (tlaka)
Tdp
dV
V
1 1Pa STLAČIVOST
Označava smanjenje obujma
Promjena obujma nastala kod T = konst.
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
PASCALOV ZAKON
Kad vanjska sila djeluje na fluid tlak se jednoliko širi u svim smjerovima unutar obujma tekućine i djeluje u svim njezinim točkama
2
2
1
1
S
F
S
Fp
Hidraulički uređaji
Vanjski - hidraulički tlak
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
PASCALOV ZAKON
U svakoj točki mirnog, nestlačiva fluida tlak je jednak.
Hidraulički uređaji
PASCALOV ZAKON - PRIMJENA
HIDROSTATIČKI TLAK
- postoji zbog težine tekućine
FF
F1
F2
G
SpF a1
SpF 2
SghVggmG
h
S
Zamišljeni valjak tekućine je u ravnoteži: GFF 12
SghSpSpa
ghpp a
S:
atmosferski tlak
tlak u tekućini na dubini h
Hidrostatički tlak
V
h
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
HIDROSTATIČKI TLAK
ghpp a
- ovisi o dubini (visini stupca tekućine), gustoći fluida i gravitacijskom ubrzanju
- tlak na dubini h je jednak i djeluje u svim smjerovima
- ne ovisi o obliku posude
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
ZAKON SPOJENIH POSUDA
Koliki je hidrostatički tlak u točkama A,B,C,D ?
Jednak, on ovisi samo o dubini.
HIDROSTATIČKI TLAK- POSLJEDICE
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
Određivanje gustoće nepoznate tekućine
HIDROSTATIČKI TLAK- PRIMIJENA
HIDROSTATIČKI PARADOKS
Količine tekućine u posudama su različite.
Koliki je hidrostatički tlak u posudama?
HIDROSTATIČKI TLAK- POSLJEDICE
Duljine stupca tekućine u posudama su nejednake.
Koliki je hidrostatički tlak u posudama?
HIDROSTATIČKI PARADOKS
HIDROSTATIČKI PARADOKS
Koliki je hidrostatički tlak u posudama?
Hidrostatički tlak ovisi o visini stupca tekućine (dubini) h, a ne o količini vode, niti o obliku posude.
Hidrostatički tlak je jednak u sve tri posude.
Hidrostatički tlak je jednak u sve tri posude.
HIDROSTATIČKI PARADOKS
Hidrostatički tlak je jednak u svim posudama.
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
ATMOSFERSKI TLAK
– tlak težine stupca zraka
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
ATMOSFERSKI TLAK – dokazH
okus pokus fizika - web radionica Priča o zraku
http://eskola.hfd.hr/
http://eskola.hfd.hr/
Otto von Guericke17.st.
Magdeburške polukugle
ATMOSFERSKI TLAK – mjerenjeH
okus pokus fizika - web radionica Priča o zraku
http://eskola.hfd.hr/
http://eskola.hfd.hr/
Jedan od prvih dokaza postojana i mjerenja atmosferskog tlaka
Osnova je naprave za mjerenje tlaka zraka - barometra.
Torricellijev pokus
Evangelista Torricelli17.st.
ATMOSFERSKI TLAK – mjerenje
Torricellijev pokus – prvo mjerenje atmosferskog tlaka
p1=0
pah pa 1pghpa
=0ghpa
Pa101325ap
Nakon uvrštavanja gustoće žive, g i izmjerene h:
Hg
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
UREĐAJI ZA MJERENJE TLAKA (MANOMETRI, BAROMETRI..)
ATMOSFERSKI TLAK – relacija
Barometarska formula
gdhdp h
Opisuje smanjivanje tlaka s nadmorskom visinom
pp
p
0p
h
Povećanjem h tlak se smanjuje
Podrazumjeva se odnos tlaka i temperature :
.konstpV
hhoo VpVp
V
m
Iz izraza za gustoću
m
V h
ho
o
mp
mp
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
Barometarska formula
hh
oo
mp
mp
: m
h
h
o
o pp
ho
oh p
p
gustoća na visini h
Uvrštavanjem u relaciju slijedi gdhp
pdp h
o
o
hp
po
dhgp
dpp
0
00
ghppp o 00 lnln
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
Barometarska formula
ghppp o 00 lnln
ghpp
p o
00
ln
0: p
ghp
o
ep
p0
0
ghp
o
epp 00
Barometarska formula Eksponencijalno smanjivanje tlaka
s nadmorskom visinom
p
h
po
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
Hokus pokus fizika - w
eb radionica Priča o zrakuhtt
p://eskola.hfd.hr/htt
p://eskola.hfd.hr/
Atmosferski tlak - pokusi
Unutarnji je tlak hidrostatički.
Vanjski tlak na stijenku je atmosferski tlak.
Hokus pokus fizika - w
eb radionica Priča o zrakuhtt
p://eskola.hfd.hr/htt
p://eskola.hfd.hr/
Hidrostatički i atmosferski tlak
Ako joj je grlo nezačepljeno, voda istječe kroz rupice, a ako se grlo zatvori prstom, voda neće istjecati.
Empedoklo (5.st. pr.n.e.) je zaključio da se neka nevidljiva tvar u posudi opire ulasku vode te da to može biti jedino zrak. Legenda kaže da je Empedoklo i poginuo skočivši u oduševljenju svojega otkrića u grotlo vulkana Etne.
KLEPSIDRA - VODOKRADICA - VODENI SATH
okus pokus fizika - web radionica Priča o zraku
http://eskola.hfd.hr/
http://eskola.hfd.hr/
Arhimed iz Sirakuze (287.- 212. pr.n.e.)
Otac hidostatike i inženjerstva
UZGON - ARHIMEDOV ZAKON
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
UZGON
Sila kojom fluid djeluje na tijela koja su u nj uronjena.
pa
f
h
F1
F2
h2
h1
p1
p2
V
Tlak na gornjoj bazi kvadra
Tlak na donjoj bazi kvadra
22 ghpp fa
11 ghpp fa
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
UZGON
22 ghpp fa 11 ghpp fa
Tlakovi Sile
SpF 11 SpF 22 -
SpSpFFFu 1212
Uzgon je rezultatna razlika sila
Sghpghp fafa )( 12
Shhgf )( 12 V
gVfgVF fu
gmF fu ARHIMEDOV ZAKON
Tijelo uronjeno u fluid izgubi prividno na težini onoliko koliko teži istisnuti fluid.
Ako je tijelo uronjeno u fluid djelomično, sili uzgona pridonosi samo onaj dio obujma koji je uronjen u fluid.
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
f
FU
FG
UZGON
Smjer djelovanja uzgona – suprotan od smjera sile teže
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
1. Uzgon je jednak sili teži
Tijelo lebdi
t v=
UVJETI PLIVANJA TIJELA
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
UVJETI PLIVANJA TIJELA
2. Uzgon je manji od sile teže
Tijelo tone
t v>
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
3. Uzgon je veći od sile teže
< Tijelo pliva
t v
UVJETI PLIVANJA TIJELA
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
Mrtvo more ("Slano more", "More smrti" ili "Lotovo more") zapravo je slano jezero smješteno na Srednjem istoku između Jordana i Izraela
Sadržaj je soli u Sredozemnom moru tek oko 3 posto, a u Mrtvom je moru – jezeru salinitet 10 puta veći te iznosi i do 33 posto.
Gdje je najlakše naučiti plivati?
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
Uzgon u zraku – helijev balon
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
Uzgon u zraku – ... može i bez helija... ako zagrijavanjem smanjimo gustoću plina u balonu
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
Plivanje tekućina na tekućinama
Miš –mašOranžada i crno vino
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
“Plivanje” krutina na krutinama – “magični grah”
Bran
ka M
ilotić
, Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić,
101
pok
us iz
fizi
ke, Š
K, Z
g, 2
011
Načelo rada libele - plivanje zračnog mjehurića
Izv.
pro
f. dr
. sc.
Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić
F
IZIK
A 1
“Hip-hop grožđice”
Bran
ka M
ilotić
, Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić,
101
pok
us iz
fizi
ke, Š
K, Z
g, 2
011
Znate li da..
… jaje u slanoj vodi pliva, a u običnoj vodi tone
.. da je plivanje jajeta način ispitivanja njegove svježine? Na 0,5 l vode doda se 120 g kuhinjske soli. Ako je starost jajeta manja od jednoga dana, u tako pripravljenoj otopini tone, ako je starije od dva dana, lebdi, a ako je starije od pet dana, jaje pliva. Razlog ovoj pojavi jest stvaranje plinova u jajetu koje nije svježe zbog čega se gustoća i težina jajeta smanjuju u odnosu na gustoću otopine i uzgon.
… (i nešto iz CSI) da utopljenik ispliva na površinu vode zbog plinova u plućima nastalih truljenjem
Aristotelovo jaje
Bran
ka M
ilotić
, Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić,
101
pok
us iz
fizi
ke, Š
K, Z
g, 2
011
PostupakČaše napuni do vrha,jednu vodom, a drugu vinomNa sredini kartona napravi rupicu promjera nekoliko milimetaraKartonom prekri čašu s vodomOprezno okreni čašu i položi je na čašu s vinom, ali pazi da se rubovi čaša dobro poklapaju i da je rupica približno na sredini otvora čaša.
Dvije čaše su u ravnoteži na poluzi.U jednu umočimo prst.
Koja strana će prevagnuti ?
Pokus je još bolje zamisliti s utegom umjesto prsta i vagom umjesto poluge.
Bran
ka M
ilotić
, Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić,
101
pok
us iz
fizi
ke, Š
K, Z
g, 2
011Ravnoteža na poluzi s uzgonom
Prevagne strana vage s prstom
Objašnjenje: prst tlači vodu, a voda tlači dno posude i djeluje na polugu. Razina vode se u časi s prstom digne, na njezinu dnu je veći hidrostatički tlak. To znači da je veća i sila.Tlak se u tekućinama i plinovima prenosi na sve strane.
Objašnjenje uzgon / što moramo primijetiti- ne djeluje samo voda na uteg nego i uteg na vodu- tijelo (uteg) ne djeluje na drugo tijelo (dno čaše, podlogu) samo kad se dodiruju- ishod pokusa NE ovisi o gustoći uronjenog tijela (prsta/utega). Neki misle da je razlog pojave to što se uranja gušće tijelo pa ono promijeni srednju gustoću tekućine (ne, porinuće broda ne promijeni srednju gustoću mora )
Bran
ka M
ilotić
, Raj
ka Ju
rdan
a Še
pić,
101
pok
us iz
fizi
ke, Š
K, Z
g, 2
011
http://www.phy.uniri.hr/~vlabinac/docu/drugo/uzgon/h_i_a_tlak.htmPlivanje i uzgon, e radionica, radni materijali, Odjel za fiziku Sveučilište u Rijeci
B. Milotić, R. Jurdana-Šepić, 101 pokus iz fizike – mehanika i valovi, ŠK, Zg, 2011
M. Butorac, Plivanje i uzgon, diplomski rad Filozofski fakultet Rijeka, 2005
Željko Andreić, predavanja iz fizike na Sveučilištu u Osijekuhttp://rgn.hr/~zandreic/studenti/fluidi/Fluidi_skripta_web_2.pdf
Dodatni izvori
Strujanje i njegove posljedice, Hokus pokus fizika, e-radionica e-škole fizike, Rijeka, 2006Priča o zraku, Hokus pokus fizika, e-radionica e-škole fizike, Rijeka, 2006http://eskola.hfd.hr/hokus_pokus/index.htm
