| 2012-03-29 14:28:58 Fizika 1.razred - Sile i tlak Primjeri za pisanu provjeru: 1.Koliko dugo moramo djelovati silom od 40 N na tijelo mase 100 kg koje miruje da bi ono postiglo brzinu od 10 m/s ? Rješenje: Poznate veličine su: F = 40 N m = 100 kg
v1 = 0 m/s Traži se : Dt = ? Treba poznavati izraz F Dt = m Dv iz kojeg proizlazi Dt = mDv /F Dv = v2 –v1 = 10 – 0 = 10 m/s Dt = 100 kg 10 m/s / 40 N = 25 s
2.Kolikom vučnom silom moramo djelovati na tijelo mase 40 kg da bi se gibalo (klizilo) po horizontalnoj podlozi faktora trenja 0,15 jednolikim gibanjem.
Rješenje: Da bi se neko tijelo gibalo jednolikim gibanjem suma svih sila koje na njega djeluju mora biti jednaka nuli. Kako na tijelo koje klizi djeluje sila trenja to mora istovremeno djelovati i još neka sila koja sa silom trenja daje rezultat 0, a to je očito vučna sila. Vučna sila i sila trenja su suprotnih smjerova pa je njihova rezultanta 0 ako su istih iznosa. Dakle zadatak se rješava tako da se ustvari izračuna sila trenja koja je po iznosu ujedno jednaka vučnoj sili. Sad treba znati o čemu ovisi trenje i kako se izračunava. FT = mmg = 0,15 x 40 x 9,81 = približno 60 N 3.Kolikom silom pritišće stupac zraka pri normiranom atmosferskom tlaku na površinu 10 dm2 ? Rješenje: Iz izraza za tlak p = F/S izračunamo silu F. F = p S Normirani atmosferski tlak iznosi 101325 Pa. Prije množenja treba uočiti da je površina S zadana u dm2 , a kako je Pa = N/m2 to se dakle i površina treba izraziti u m2 1 dm2 = 1/100 m2 10 dm2 = 10/100 = 1/10 = 0,1 m2 rF = 101325 x 0,1 = 10132,5 N
4.Kolika je sila uzgona na komad drveta u vodi ako je gustoća drveta 600 kg/m3, a masa 300 kg. Izračunaj i koliki dio volumena tog tijela je uronjen u vodu.
Rješenje: Prvi dio ćemo lako riješiti ako znamo da tijela kojima je gustoća manja od gustoće vode na vodi plivaju, a plivaju zato što je uzgon jednak težini tijela. Dakle iznos uzgona jednak je težini tijela U = G = mg = 300x 9,81 = približno 3000N. Uronjeni volumen se računa tako da se izjednače izrazi za uzgon i težinu: U = rt g Vur ; G = m g ; iz r = m/V proizlazi m = r V pa je G = rd V g U = G odnosno kad se uvrste izrazi za U i G rt g Vur = rd V g pa je Vur =rd V /rt rt je oznaka za gustoću tekućine (vode), rd je oznaka za gustoću drveta Vur uronjeni volumen, V volumen cijelog tijela. Volumen cijelog tijela se izračuna iz poznate mase i gustoće V = m/r = 300/600 =0,5 m3 Sad računamo Vur = 600 x 0,5 /1000 =0,3 m3
U prilogu se nalaze definicije. Možete ih preuzeti. Numerički zadaci – domaća zadaća 1.Koliki je koeficijent (faktor) trenja kada se automobil giba po zavoju polumjera 20 metara brzinom 10 m/s ? 2.Na koncu visi tijelo mase 1 kg. Kojom najvećom akceleracijom smijemo podizati tijelo ako konac može izdržati najveće opterećenje od 12 N ? 3.Na tijelo mase 20 kg djeluje stalna sila od 10 N. Kolika je promjena brzine tog tijela nakon 5 s ? TLAK
Tlak je omjer (kvocijent) sile (F) i površine (S) na koju sila djeluje. Kratica za tlak je p. Matematički (formulom) se ta definicija dakle piše: p = F/S . Napomena: U nekim udžbenicima se površina označuje sa slovom A pa je p = F/A. Mjerna jedinica tlaka se izvodi iz definicije tlaka kao omjer jedinice za silu i jedinice za površinu, a zove se paskal (skraćeno Pa) 1Pa = N/m2 . Koristi se i veća jedinica bar. 1 bar = 105 Pa (100 000 Pa). Tlak mjerimo manometrom. Dakle što je veća površina manji je tlak. Zato bez skija u snijeg propadamo, a sa skijama ne. Tlak čovjeka manji je kada leži nego kada stoji. Veličina tlak se najviše se koristi pri opisivanju djelovanja sile na tekućine i plinove (fluide).
HIDRAULIČKI TLAK Hidraulički tlak je tlak koji nastaje u tekućini zbog djelovanja vanjske sile na tekućinu. Na tekućinu koja se nalazi u nekoj posudi silom se može djelovati preko pokretnog čepa-klipa pa stoga i veličina tog tlaka ovisi o iznosu sile i površine klipa p = F/S. Vanjska sila kojom djelujemo na tekućinu prenosi se kroz tekućinu u svim smjerovima jednako (Pascalov zakon), a ne samo u smjeru djelovanja sile. Zato tekućine i koristimo za prijenos sile- hidraulika. Kako iznos tlaka ovisi o veličini površine klipa to se može iskoristiti da se manjom silom svladava veća sila. Primjer su hidraulička dizalica i hidraulička preša. HIDROSTATSKI TLAK Hidrostatski tlak je tlak koji nastaje u tekućini zbog težine same tekućine. Iznos mu ovisi o težini tekućine, a to znači da ovisi o vrsti-gustoći q tekućine i dubini h na kojoj se mjeri. p = q g h. I ovaj tlak se kroz tekućinu širi u svim smjerovima tako da na tijelo uronjeno u tekućinu težina te tekućine ne djeluje samo prema dolje već i prema gore i lijevo i desno. Zbog toga je opasno roniti na veće dubine. ATMOSFERSKI TLAK Atmosferski tlak je tlak u zraku zbog težine zraka. Kako se težina zraka mijenja to ni atmosferski tlak nije stalan. On opada i s visinom zbog smanjenja sloja zraka i smanjenja gustoće zraka. Kao normirani (normalni) iznos tlaka zraka uzima se 101325 Pa. Pred kišu, kada je zrak vlažan i lakši, tlak je manji, a kada je lijepo i suho tlak je veći. Tlak zraka mjerimo barometrom. Najpoznatiji je živin barometar. To je posuda sa živom u koju je uronjena vakumska cijev na jednom kraju zatvorena. Otvoreni kraj cijevi uronjen je u živu i živa se u toj cijevi podigne do visine oko 760 mm. Kada bi umjesto žive koristili vodu cijev bi morala biti visoka preko 10 m. Kao i hidrostatski i atmosferski tlak djeluje u svim smjerovima. Primjer: Kolika je težina stupca zraka iznad površine dlana ruke. Ako uzmemo da je tlak zraka 101325 Pa, a površina dlana 150 cm2 =0,15 m2 slijedi: p = F /S > F = p S = 101325 x 0,15 = 1519,87 N. Masa tog zraka je dakle približno 152 kg. Može se pitati kako mi možemo držati toliku težinu, a da to ne osjećamo. Odgovor je da ta težina ne djeluje samo prema dolje veći i prema gore pa je pritisak na dlan jednak prema dolje i prema gore.
UZGON Na tijela uronjena u tekućinu djeluje hidrostatski tlak i na gornju i na donju plohu. Kako je tlak na donju plohu veći jer je ona dublje to se javlja potisna sila na tijelo sa smjerom u vis. Ta sila se zove uzgon. Dakle uzgon je sila koja djeluje na tijela uronjena u tekućinu. Smjer uzgona je suprotan težini tijela pa su zbog toga tijela u tekućini lakša za iznos uzgona. Iznos uzgona ovisi o uronjenom volumenu tijela i gustoći tekućine; U =q g Vur Uzgon u odnosu na težinu može biti manji od težine, veći od težine i jednak težini tijela. Kada je uzgon manji od težine tijelo će u tekućini tonuti. Ako je uzgon veći od težine tijelo će plivati, a ako je uzgon jednak težini tijelo lebdi (stoji gdje ga postavimo). Uzgon je veći od težine ako je gustoća tijela manja od gustoće tekućine. Uzgon je manji od težine ako je gustoća tijela veća od gustoće tekućine. Uzgon je jednak težini ako su gustoće tekućine i tijela jednake. Tijelo postavljeno na tekućinu dakle tonut će tako dugo dok se uzgon ne izjednači s težinom tijela (kada tijelo tone povećava se uronjeni volumen pa je i uzgon sve veći).
Primjer: Koliko je teška kamena kocka volumena 1dm3 u vodi? Gustoća kamena je 2600kg/m3 U vodi će kamen izgubiti od svoje težine za iznos uzgona. Treba dakle izračunati uzgon U=qgV q - gustoća vode je 1000 kg/m3 , g= 9,81m/s2 V=1dm3 (kako je gustoća kamena veća od gustoće vode kamen će cijelim volumenom uroniti V=Vur ) U = 1000 kg/m3 x 9,81 m/s2 x 0,001 m3 = 9,81 N Tijelo je u vodi od svoje težine izgubilo 9,81 njutn. Da bi znali kolika mu je težina u vodi treba znati kolika mu je težina u zraku. G = m g masu m izračunat ćemo iz poznate gustoće i volumena q = m/V m = Vq = 0,001 m3 2600 kg/m3 = 2,6 kg G = 2,6 x 9,81 = 25,5 N - težina u zraku 25,5 – 9,81= 15,69 Odgovor: Težina kamena u vodi je 15,69 njutna.
|
| Graditeljska škola Čakovec |