Tlak v tekočinah: pripomočki za cilje iz učnega načrta

Zakaj voda iz spodnje luknje v posodi brizga močneje kot iz zgornje in zakaj je gladina v vezni posodi povsod enako visoko? Pri tlaku v tekočinah učenci tlak izmerijo ter ga povežejo z globino, gostoto tekočine in obliko posode. Predstavljamo pripomočke, razvrščene po ciljih iz učnega načrta.

Tlak kot količnik sile in ploščine

Cilj: Učenec opredeli tlak kot količnik sile in ploščine, pozna enoti pascal in bar ter uporabi enačbo za računanje tlaka.

Boyle-Mariotteova naprava (180500) ima graduiran valj z batom s ploščino 10 cm² in vgrajen manometer. Ko bat potisnete v valj, na manometru odčitate, za koliko se je tlak povečal. Ker je ploščina bata znana, je račun pregleden: če se tlak poveča za 1 bar oziroma 100 000 Pa, pritiska bat na zrak s silo 100 N. Tako enačba p = F/S dobi konkretne številke, učenci pa ob istem poizkusu vadijo pretvarjanje med N/m², Pa in bar.

Manometer

Cilj: Učenec prepozna manometer in ve, zakaj ga uporabljamo.

U manometer (45296) je steklena U-cev na plošči s skalo 100–0–100 mm in palico za vpetje v stativ. Napolnite ga z obarvano vodo. Dokler je tlak nad obema gladinama enak, sta gladini enako visoko. Ko en krak s cevko priključite na večji tlak, se gladina v njem zniža, v drugem pa dvigne. Razliko višin odčitate neposredno na skali: 1 cm vodnega stolpca pomeni približno 100 Pa oziroma 1 mbar. Manometer torej meri razliko med dvema tlakoma, največkrat glede na zračni tlak.

Tlak narašča z globino

Cilj: Učenec ve, da tlak v tekočinah narašča z globino.

Posoda z iztoki na različnih višinah (44660) je prozoren valj, visok 330 mm in s premerom 60 mm, s tremi iztoki, ki jih zaprete s priloženimi zamaški. Napolnite jo z vodo in odprite vse tri iztoke hkrati. Iz najnižjega voda brizga najhitreje, ker je tam tlak največji. Posodo postavite na podstavek, da curki padajo v korito pod njo: takrat spodnji curek seže najdlje. Če posoda stoji neposredno na mizi, najdlje seže srednji curek, ker spodnji prehitro pade na mizo.

Merjenje tlaka v tekočini

Cilj: Učenec ve, da je tlak v tekočini odvisen od globine, gostote tekočine in težnega pospeška ter da so sile zaradi tlaka pravokotne na vsako ploskev, in uporabi enačbo za računanje tlaka v tekočini.

Tlačna doza (44225) je plastičen lijak z gumijasto membrano in cevko, ki jo priključite na U manometer. Ko dozo potopite v vodo, voda pritisne na membrano in manometer pokaže razliko gladin. Globlje ko je doza, večja je razlika. Na globini 10 cm je tlak vode p = ρ · g · h = 1000 kg/m³ · 10 N/kg · 0,1 m = 1000 Pa, kar je na manometru z vodo približno 10 cm razlike.

Na isti globini nato dozo obrnite navzgor, navzdol in vstran. Odčitek ostane enak, saj tlak v mirujoči tekočini deluje v vse smeri in vedno pravokotno na ploskev. Poizkus ponovite še v slani vodi: razlika na isti globini je večja, ker ima slana voda večjo gostoto. Manometer pri tem kaže le tlak vode. Celotni tlak na globini h je za zračni tlak večji: p = p₀ + ρ · g · h.

Oblika posode ne vpliva na tlak

Cilj: Učenec ve, da tlak v tekočini ni odvisen od oblike posode.

Vezna posoda (44030) ima štiri različno oblikovane, med seboj povezane steklene cevi na plastičnem podstavku, visoke 200 mm. Ko vanjo nalijete vodo, se gladina v vseh ceveh ustali na isti višini, čeprav je v široki cevi veliko več vode kot v ozki. Tlak na dnu je torej odvisen od višine stolpca tekočine, ne od oblike posode ali količine vode v njej.

Tlak se prenaša po vsej tekočini

Cilj: Učenec ve, da se tlak, ki ga povzroči sila na mirujočo tekočino, porazdeli po vsej tekočini.

Model hidravlične stiskalnice (165000) sestavljata mala brizga s prostornino 2 ml in velika s prostornino 20 ml, povezani s kratko cevko. Ko pritisnete na bat male brizge, se tlak po tekočini prenese na bat velike. Ker je tlak na obeh enak, ploščina velikega bata pa večja, deluje nanj večja sila, premakne pa se manj. Učenci primerjajo sili in pomika obeh batov ter vidijo, kako z majhno silo dvignemo veliko breme. Enako delujejo hidravlične zavore in dvigalke.

Za primerjavo lahko učenci povežejo še dve enaki plastični brizgi 60 mL (022040). Ko potisnete en bat, se drugi pomakne ven enako daleč in z enako silo.

Izdelki iz članka