Odporové sily v tekutinách

Kód ITMS projektu: 26110130519Gymnázium Pavla Jozefa Šafárika – moderná škola tretieho tisícročia

Vzdelávacia oblasť: Človek a príroda

Predmet Fyzika

Ročník, triedy: 1.A

Tematický celok: Sila a pohyb

Vypracoval: RNDr. Marián Koreň

Dátum: marec 2013

Obsah• Prúdenie reálnej kvapaliny• Laminárne prúdenie• Turbulentné prúdenia• Príklady• Meranie krvného tlaku I• Meranie krvného tlaku II• Systolický a diastolický tlak• Rýchlosť pohybu delfínov• Hydrodynamická odporová síl• Odporová sila pri vyšších rýchlostiach• Zdroje

2

Prúdenie reálnej kvapaliny

3

Pri prúdení reálnej kvapaliny vzniká vnútorné trenie, ktoré brzdí jej pohyb.

Medzná vrstva kvapaliny - vrstva kvapaliny, ktorá sa bezprostredne dotýka steny , je v dôsledku trenia v pokoji.

Po medznej vrstve sa posúva malou rýchlosťou druhá vrstva a po nej ďalšia rýchlejšie (rýchlosť jednotlivých vrstiev sa postupne zvyšuje až do stredu trubice).

Laminárne prúdenie

4

Laminárne prúdenie pri ustálenom prúdení reálnej kvapaliny malou rýchlosťouobraz prúdnic stály, vrstvy kvapaliny sa po sebe pravidelne posúvajú.

V priamej trubici sú prúdnice navzájom rovnobežné

Turbulentné prúdenie

5

Nerovnaká rýchlosť vzájomného posúvania vrstiev kvapaliny spôsobuje vznik vírov. Pri malých rýchlostiach sa však tieto víry nemôžu znateľne rozvinúť.

Turbulentné prúdenie po prekročení kritickej rýchlosti.Pozorujeme vírenie nestálosť obrazu vytvorených prúdnic.

Príklady

6

Laminárne prúdenie• pri vytekaní vody z vodovodnej batérie, potrubia • nosom vdychovaný vzduch a• krv vo vlásočniciach nášho tela. Pružnosť cievnych stien

zvyšuje stabilitu laminárneho prúdenia.

Turbulentné prúdenie• voda v rieke alebo prúdenie vzduchu pri vetre. • v zúžených miestach aorty (za určitých okolností )vzrastá

rýchlosť, a tým vzniká turbulentné prúdenieTurbulentné oblasti v krvnom obehu sa prejavujú šelestom, ktorý je nad postihnutým miestom počuteľný.

Meranie krvného tlaku I

7

Ako sa vplyv vnútorného trenia krvi uplatňuje pri meraní krvného tlaku?

Pri meraní krvného tlaku pomocou manžetového tlakomera sa využíva zmena prúdenia krvi z laminárneho na turbulentné prúdenie.

Ak krv prúdi cez nestlačenú cievu (artériu), na ktorú nepôsobí žiadna vonkajšia sila, prúdenie krvi je laminárne. Obrázok a).

Po natlakovaní manžety sa prúdenie krvi v cieve najprv zastaví (obr. b) a postupným uvoľňovaním tlaku na steny cievy dochádza opäť k prúdeniu krvi cez súžený prierez cievy.

Vplyvom zúženia cievy dôjde k zväčšeniu rýchlosti krvi a k zmene jej prúdenia na turbulentné (obr. c), ktoré je sprevádzané zvukom (pulzami) v dôsledku tvorby vírov. Uvoľňovaním tlaku na steny sa zmenšuje rýchlosť krvi a aj jej prúdenie, zvukové pulzy zaniknú a prúdenie sa stane laminárnym (obr. d).

Meranie krvného tlaku II

8

Systolický a diastolický tlak

9

Systolický tlak krvi - hodnota tlaku (v tlakovej manžete), pri ktorej sa objavili zvukové pulzy.

Diastolický tlak krvi - hodnota tlaku krvi, pri ktorej pulzy zmizli.

U zdravého dospelého človeka v pokoji:systolický tlak 90 - 120 mmHg diastolický tlak 60 - 80 mmHg.

Rýchlosť pohybu delfínov

10

Sila delfína + veľkosť plutiev + tvar tela = max 28 km/hod.V skutočnosti - delfíny dosahujú rýchlosti väčšie ako 100 km/h!

Hladká koža delfínov je plná citlivých nervových buniek, ktoré registrujú každý vír. Tieto nervy sú spojené s množstvom drobných svalov, ktoré veľmi rýchlo napínajú alebo uvoľňujú jednotlivé časti kože. Takto koža na jednotlivých častiach tela spôsobuje malé a rýchle záchvevy, ktorými vzápätí utlmí každý vír. Tým sa priamo znemožní akékoľvek trenie a vylúči sa odpor vody.

Hydrodynamická odporová sila

11

Fp = Fg . sinαFn = Fg . cosα

Pre odporovú silu pre guľôčku pohybujúcu sa v kvapaline malou rýchlosťou platí:

Stokesov vzorec Fo = 6πηrv

Odporová sila je priamoúmerná rýchlosti:

F ~ v

η je koeficient dynamickej viskozity,r je polomer guľôčky.

12

Odporová sila pri vyšších rýchlostiach

Pri vyšších rýchlostiach sa za pohybujúcim telesom tvoria víry .Závislosť odporu od rýchlosti nie je lineárna.Pre odporovú silu platí Newtonov zákon:

C je tvarový koeficient odporuS – plocha prierezu telesa kolmého na smer pohybuρ – hustota kvapaliny – rýchlosť telesa

Použité zdroje

13

Fyzika pre 1. ročník gymnázií, Koubek, Šabo, SPN Bratislava 2004Fyzika pre 1. ročník gymnázia, Koubek, Lapitková, Demkanin, EDUCO 2009www.glsfyzika.szm.com/Maturita/03.dochttp://www.ddp.fmph.uniba.sk/~koubek/UT_html/G1/6/G6-8.htmhttp://people.tuke.sk/zuzana.gibova/rozsirujuceucivo/odprova_sila2.htmhttp://physedu.science.upjs.sk/kvapaliny/lamturprud.htmhttp://eshop.zdravmat.sk/1413-1409-large/tlakomer-omron-mit-elite-plus-vyhodnocovanie-na-pc-cena.jpghttp://www.bystricoviny.sk/wp-content/uploads/2010/09/p093050fb_tlakomer.jpghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/Laminar_flow_profile.gifhttp://people.tuke.sk/zuzana.gibova/zaujimavosti/delfin.htmhttp://www.mfg.mtu.edu/cyberman/environment/air/forces/stokes.jpg