Page 1

6 Trdno in tekoče 6.1 Tlak in gostota 6.2 Tekočine 6.3 Plavanje 6.4 Ozračje in vreme

Aprila 1912 se je Titanik podal na svojo prvo plovbo. Z dolžino treh nogometnih igrišč in višino Ljubljanskega nebotičnika je bil največja ladja tistega časa. V vseh pogledih je bil izjemen tehnološki dosežek – med drugim je bil zasnovan tako, da se po mnenju inženirjev sploh ne bi smel potopiti. Zato tudi ni nenavadno, da je bilo na krovu občutno premalo rešilnih čolnov. Na žalost ledena gora, ki mu je štiri dni pozneje razparala bok, vsega tega ni vedela. Titanik je v vsem svojem blišču in z več kot tisoč potniki na krovu v nekaj manj kot treh urah potonil v globine Atlantika. Tragična zgodba je ostala zavita v tančico skrivnosti vse do leta 1985, ko so s posebnimi podmornicami na dnu Atlantika našli razbitine mogočne ladje.


6.1 Tlak ak in gostota m, ki pa si ga težko Tlak oziroma pritisk je sicer pogost poje t zamenjujemo s silo. jasno predstavljamo in ga velikokra stavljaš pod pojmom tlak pred PRED BRANJEM: razmisli, kaj si opredeljen v fiziki tlak je kako MED BRANJEM: ugotovi, Kaj ugotoviš? i”. nicij “defi obe erjaj prim PO BRANJU:

Ključne besede: • sile ob dotiku • ploščina • tlak • pascal • bar

Na slovesnem plesu mična plesalka v visokih petah po nesreči pohodi soplesalca. Ta se komaj zadrži, da ne zavpije od bolečine in skozi zobe izdavi: »To boli bolj, kot če bi me pohodil slon!« Plesalka osupne in užaljena zaradi takšne neotesanosti plesalca odvihra s plesišča. Plesalec res ni bil najvljudnejši, a v resnici je imel zelo prav ...

Je stična površina pomembna? Z izjemo sile teže imamo v vsakdanjem življenju večinoma opravka s silami ob dotiku. Telo s silo ob dotiku deluje na drugo telo po celotni stični površini, ki je lahko majhna (npr. visoke petke in tla) ali pa velika (npr. slonova noga in tla). Da je učinek sile ob dotiku odvisen tudi od stične površine, se je na lastni koži prepričal naš nevljudni plesalec. Sicer pa ima vsak od nas tudi svoje izkušnje, recimo ozke naramnice nahrbtnika, vbod injekcijske igle in podobno. ? Alpinist na sliki o pomembnosti velikosti stične površine niti malo ne dvomi!

Naštej še kakšen vsakdanji primer, kjer je pomembna velikost stične površine.

Kako upoštevati stično površino? Doslej smo pri opisu sil upoštevali njihovo velikost, smer in prijemališče. Zdaj pa vidimo, da je pri silah ob dotiku pomembna tudi površina, na kateri deluje sila. To so vedeli že naši predniki, ki so za hojo po snegu izdelali »copate« z veliko površino, ki jim pravimo krplje. Zato se jim je sneg med hojo manj udiral. Kolikšna je ploščina? Določi ploščino svojih čevljev in smuči. Podrobna navodila najdeš na strani 14.

Pri merjenju velikosti stične površine si lahko pomagamo tudi z obrisom ploskve na milimetrski mreži.

2

Toda kako vemo, kolikšna je stična površina? Za ploščine geometrijskih likov obstajajo preproste formule. Stične površine drugačnih oblik pa lahko razdelimo na manjše geometrijske like, v skrajnem primeru z milimetrsko mrežo na vsega milimeter velike kvadratke. Ploščino (angl. surface) označimo s črko S in merimo v kvadratnih metrih (m2). ?

Kako bi izmeril stično površino pri vbodu igle?


Povzetek Sile ob dotiku delujejo na različno velikih stičnih površinah, kar je v nekaterih primerih zelo pomembno. Zato je poleg velikosti, smeri in prijemališča sile treba upoštevati tudi velikost površine, na kateri deluje sila. To meri tlak, ki pove, kolikšna sila deluje na določeno ploščino (npr. 1m2).

Ponovi 1. Kaj vse moramo upoštevati pri opisu sile? 2. Naštej nekaj primerov, ko sila deluje na veliki površini in nekaj, ko deluje na majhni. 3. Kako merimo ploščine različnih oblik? 4. Kaj pove tlak? 5. V kakšnih enotah merimo tlak? Blaise Pascal

Razmisli Kako bi ugotovil, kolikšen je tlak pod rezilom drsalke?

Odgovori

Kaj je tlak? Namesto da ob velikosti sile navajamo tudi velikost stične površine, raje vpeljemo novo količino tlak (angl. pressure), ki zajema oboje. Tlak je razmerje med silo, ki deluje na telo, in ploščino, na kateri deluje. Tlak označimo s črko p in izračunamo tako, da silo delimo s ploščino. Zapišemo krajše: sila tlak = ploščina

ali

F p = S

Če podvojimo silo, se podvoji tudi tlak. Če pa podvojimo stično ploščino, se tlak prepolovi. ?

Kakšna je razlika med tlakom in silo?

Pri izračunu tlaka dobimo rezultat v newtonih na kvadratne metre, kar nadomestimo s pascali (izg. paskal). Tlak 1 Pa ni posebno velika enota (pod našimi stopali je tlak okrog 10.000 Pa), zato navadno uporabljamo večje enote: • tisočkrat večja enota je kilopascal (kPa) 1 kPa = 1000 Pa = 103 Pa • stotisočkrat večja enota je bar (bar) 1 bar = 100.000 Pa = 105 Pa !

Tlak (p) podaja razmerje med silo in površino, F p= S na kateri deluje. Merimo ga v pascalih (Pa).

1. Približno za kolikokrat se zmanjša tlak pod nogami planinca, če namesto čevljev uporabi krplje? Podatke poišči sam. 2. S kolikšno silo pritiska zrak na tla učilnice s ploščino 60 m2, če znaša zračni tlak 1 bar?

Rešimo skupaj Izračunajmo, ali je tlak večji pod stopali slona z maso 3,6 tone ali petkami 50 kg plesalke. Stopalo slona ima ploščino 4 dm2, petka pa 1 cm2. plesalka: F p= S 500 N p= 2 · 1 cm2

slon: F p= S 36000 N p= 4 · 4 dm2

p = 250 N 2

p = 2250 N 2

p = 2,5 106 Pa

p = 2,3 · 106 Pa

cm

dm

Tlak pod slonovo nogo je več kot 10-krat manjši.

Merilniki tlaka Tlak v tekočinah merimo z manometri. Preprosti manometri imajo cevko, napolnjeno s kapljevino, ali pa tanko kovinsko škatlico, napolnjeno s plinom. Ker so nekoč merili tlak z živosrebrnimi manometri, še vedno srečamo enoto milimetri Hg (običajnemu zračnemu tlaku ustreza 760 mm Hg).

Kako zmanjšamo ali povečamo tlak? Če želimo, da sila deluje na čim manjši površini, uporabimo ostre predmete (nož, drsalke, medicinska igla ...). Pogosto pa želimo ravno nasprotno – čim večjo stično površino. Neprijetno je namreč spati na trdih tleh, sedeti na ozki ograji in podobno, saj je sila porazdeljena na majhno stično površino, zaradi česar je tlak sorazmerno velik. Zato v takšnih primerih uporabimo mehke predmete (vzmetnica, oblazinjen stol, varnostna blazina ...), ki se prilagodijo obliki telesa in povečajo stično površino ter s tem zmanjšajo tlak.

3


6.1 Tlak in gostota ah pogosto Gostota je pojem, ki ga pri kapljevin jo. teče ro dob kako tem, zamenjujemo s i se zdijo »goste« snov re kate isli, razm : NJEM BRA PRED imajo veliko gostoto i snov re MED BRANJEM: ugotovi, kate zano? pove j sebo med e PO BRANJU: je oboj

Ključne besede: • lastnosti snovi • prostornina • liter • gostota • specifična teža

V Idriji je do pred kratkim deloval eden največjih rudnikov živega srebra – snovi, ki je v marsičem zelo nenavadna. Na žalost je tudi zelo strupena, kar je veliko rudarjev plačalo z življenjem. A lastnost, ki so jo idrijski rudarji veliko bolje poznali in so se ji vedno znova čudili, je njegova gostota – že ena sama litrska steklenica živega srebra ima več kot 13 kilogramov!

Je zrak »lažji« od vode?

1 kg zraka (pri običajnem zračnem tlaku in temperaturi) zavzema precej večjo prostornino kot 1 kg vode ali kovine.

1 kg zraka 3 833 dm 1 kg vode 3 1,0 dm

Balon, napolnjen z zrakom, je mnogo lažji od enako velikega balona, napolnjenega z vodo. V vsakdanjem življenju bi rekli, da je zrak »lahek« in voda »težka«, kar pa ni najustreznejše, saj tehtnica ne loči med kilogramom zraka in kilogramom vode. V takšnih primerih moramo poleg mase snovi upoštevati tudi njeno prostornino. Ne le zrak in voda, tudi druge snovi imajo različne mase pri enaki prostornini oziroma različne prostornine pri enaki masi. Tako ima lahko majhna svinčena utež precej večjo maso kot velika plošča stiropora.

1 kg železa 3 0,12 dm

Kako izmerimo prostornino telesa?

Kolikšna je gostota kamna? Izmeri prostornino in gostoto kamna. Podrobna navodila najdeš na strani 14.

tor medglaktični pros3 –26 g/dm ρ < 10

4

o zrak (pri 20 C) 3 ρ = 1,2 g/dm

Toda kako vemo, kolikšna je prostornina telesa? Za prostornine geometrijskih teles obstajajo formule, a večina teles v naravi ni pravilnih oblik, zato se moramo zateči k merjenjem. Plinom preprosto pripišemo prostornino posode oziroma prostora, v katerem so. Kapljevinam in trdinam pa lahko prostornino določimo z merilnim valjem, pri čemer trdnine potopimo v vodo v valju. Prostornino (angl. volume) označujemo s črko V in podajamo v kubičnih metrih (m3). Ker pa je to za vsakdanjo rabo precej velika enota, uporabljamo tudi manjši enoti 1 dm3 (= liter) in 1 cm3 (= mililiter).

voda 3 ρ = 1,0 kg/dm

aluminij 3 ρ = 2,7 kg/dm


Povzetek Snovi se med seboj razlikujejo tudi po tem, koliko prostora zasede določena količina snovi. To lastnost opišemo z gostoto, ki pove, kolikšno maso ima določena prostornina snovi (npr. 1 m3). V splošnem imajo plini najmanjšo gostoto, gostote kapljevin in trdnin pa so podobne.

Ponovi 1. 2. 3. 4. 5.

Naštej nekaj »lahkih« in nekaj »težkih« snovi. Kakšna je povezava med litri in dm3? Kaj pove gostota? V kakšnih enotah merimo gostoto? Kakšna je razlika med maso in gostoto?

Razmisli Kako bi izmeril prostornino svojega telesa?

Kaj je gostota? Rešimo skupaj

Namesto da opisujemo, kako »lahek« ali »težek« je določen kos snovi, uporabljamo pojem gostota (angl. density). Gostota pove, kolikšno maso ima snov pri določeni prostornini. Tako ima »težja« voda v resnici večjo gostoto kot »lažji« zrak. Gostoto označujemo z ρ (grška črka ro) in krajše zapišemo: gostota =

masa prostornina

ali

ρ =

Izračunajmo, kolikšna je gostota smrekovega lesa, če smrekov tram oblike kvadra z merami 4 m × 15 cm × 15 cm tehta 45 kilogramov? m ρ= V=a·b·c V V = 4 m · 0,15 m · 0,15 m 45 kg ρ= 0,09 m3 V = 0,09 m3 ρ = 500 kg3 m

m V

Gostoto telesa navadno izračunamo iz njegove mase in prostornine ali preberemo iz tabel, kg podajamo pa jo v kilogramih na kubični meter m . kg Pogosto uporabljamo tudi tisočkrat večji enoti 1 dm oziroma 1 cmg , ki si ju precej lažje predstavljamo: kg kg kg = 1000 m = 103 m 1 dm kg kg 1 cmg = 1000 m = 103 m

Specifična teža

3

Namesto mase telesa lahko s prostornino delimo tudi težo. Takrat pa ne dobimo gostote, temveč specifično težo snovi, ki jo označujemo s σ (grška črka sigma):

3

3

!

3

3

3

3

3

3

Gostota (ρ) pove, kolikšna masa snovi je v kg določeni prostornini. Gostoto merimo v m . 3

V splošnem imajo trdnine in kapljevine podobne gostote, plini pa imajo tudi do tisočkrat manjšo gostoto od kapljevin in trdnin. Zrak, za katerega se zdi, da sploh nima mase, ima v resnici zelo majhno gostoto. Tako bi imela vsebina litrske plastenke, polne svinčenih šiber, maso več kot 11 kg, vode natanko 1 kg in zraka malo več kot 1 gram.

svinec 3 ρ = 11,3 kg/dm

živo srebro 3 ρ = 13,6 kg/dm

spec. teža =

ρ=

m V

teža prostornina

ali

σ = Fg V

Specifična teža je podobno povezana z gostoto, kot sta med seboj povezani masa in teža. Za opis snovi navadno zadostuje gostota, specifična teža pa je uporabna pri opisu tlaka zaradi teže tekočine.

Kako gosta je snov v nevtronski zvezdi, si sploh ne znamo predstavljati. Že ena čajna žlička te snovi bi namreč imela milijardo ton – več kot je masa vseh ljudi na Zemlji skupaj.

zlato 3 ρ = 19,3 kg/dm

nevtronska zvezda 3 10 ρ > 10 kg/dm

5


6.2 Tekočine a niso zapisani V tem podpoglavju naslovi namenom . avjih pogl ih drug pri kot v obliki vprašanj i vprašanj oblik v ši zapi ove nasl : NJEM BRA PRED vprašanja MED BRANJEM: oblikuj odgovore na Jih razumeš? vori? odgo z n volje PO BRANJU: si zado

10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 ... Srečno novo leto!!! Zasliši se pok, zamašek poleti proti stropu in penina kar privre na plan. Zdi se, kot da skoraj nobeno slavje ne mine brez penine. A najbrž je nihče ne bi uporabljal, če bi bila kot druga vina, ki jih brez »pompa« preprosto odpreš in natočiš v kozarce. V čem je torej skrivnost penine?

Ključne besede: • agregatno stanje • tekočine • tlak • merjenje tlaka • hidravlične naprave • črpalka

Trdno in tekoče Snovi na Zemlji so v trdnem, kapljevinastem in plinastem agregatnem stanju (glej strani 90 in 91), ki se med seboj precej razlikujejo. V trdnini so gradniki snovi blizu skupaj in med seboj močno povezani. To je razlog, da imajo trdnine stalno obliko, ki jo lahko spremeni šele sorazmerno velika sila. Na drugi strani so gradniki v kapljevinah šibko povezani, v plinih pa večinoma sploh ne, zaradi česar kapljevine in plini nimajo stalne oblike in lahko tečejo. Zaradi te lastnosti kapljevine in pline pogosto imenujemo s skupnim imenom tekočine (angl. fluids). Skale so trdnina, voda kapljevina in zrak plin. Voda in zrak sta tekočini, ker se lahko pretakata.

?

Naštej nekaj tekočin.

Sile v tekočinah Enake zakonitosti kot za trdna telesa veljajo tudi za sile na tekočine, ker pa tekočine nimajo trdnega površja, jih opisujemo nekoliko drugače. Zaradi omenjene lastnosti so namreč vse sile na tekočine (razen teže) ploskovno porazdeljene. Pri tem so stične ploskve navadno stene posode ali gladina kapljevine. Zato delovanje sil na tekočine pogosto opisujemo s tlakom. Kakšne so sile v tekočinah? Balon napolni z vodo in se poigraj z njim. Podrobna navodila najdeš na strani 14.

Topel zrak v balonu pritiska na stene balona in jih napenja, stene pa v skladu z zakonom o vzajemnem delovanju sil pritiskajo na zrak v balonu in ga zadržujejo v balonu.

Tekočina ves čas pritiska na stene posode in »sili« iz nje. To pomeni, da tekočina deluje na stene posode s silo oziroma nanjo izvaja tlak. O tem se lahko prepričamo z balonom, polnim zraka ali vode. Nekoliko težje pa ugotovimo, da sile tekočine vedno delujejo pravokotno na stene. !

6

Tekočina deluje na steno posodo, s katero je v stiku, s silo, pravokotno na to steno.


Povzetek

Tlak zaradi zunanje sile Če povlečemo za en konec vrvi, se vlečna sila prenese vzdolž celotni vrvi. Nekaj podobnega opazimo tudi pri tekočinah. Če s kolesarsko tlačilko povečamo tlak pri ventilčku gume, se tlak poveča po celotni zračnici. Torej se tudi po tekočini prenašajo sile. Pokaže se, da zaradi zunanje sile po vsej tekočini tlak naraste za enako vrednost.

Kapljevine in pline lahko tečejo, zato oboje pogosto imenujemo z eno besedo – tekočine. Tekočina na stene posode izvaja tlak, ki je posledica trkov gradnikov ob stene. Tlak zaradi zunanje sile je po vsej tekočini enak.

Ponovi 1. Naštej nekaj razlik in podobnosti med agregatnimi stanji (glej strani 90 in 91). 2. Zakaj delovanje sil v tekočinah opisujemo s tlakom? 3. Kaj velja za tlak v tekočini? 4. Opiši delovanje hidravličnih naprav in črpalk.

Razmisli Kako bi ugotovil, koliko dela opraviš pri rezanju kruha? Pomagaj si s kuhinjsko tehtnico.

Hidravlične naprave Prenašanje sil po tekočinah izkoriščamo v hidravličnih napravah. Ko npr. v avtu zavremo, stopalka zavore pritisne na posodo z oljem, ki prenese silo do zavornih ploščic. Ker je tlak po celotnem olju enak, s povečanjem ploščine na drugem koncu povečamo tudi silo. Pri podvojeni ploščini se podvoji tudi sila. Če pa posoda z oljem pušča, bo ob vsakem pritisku na stopalko iz posode brizgnilo olje. Natanko na tej osnovi delujejo črpalke – med drugim tudi naše srce. ?

o hidravlično dvigal lika sila majhna sila  ve

Ali se pri povečanju sil poveča tudi delo?

Rešimo skupaj Večji bat hidravličnega dvigala ima ploščino 10 m2, manjši pa 0,5 m2. S kolišno silo moramo pritisniti na manjši bat, da bo večji dvignil avto z maso 1000 kg? Razmerje velikosti batov:

črpalka tlak  gibanje

Sv : Sm = 0,5 m2 : 10 m2 = 1 : 20 Ker je ploščina manjšega bata 20-krat manjša, je potrebna tudi 20-krat manjša sila: 10.000 N = 500 N Fm = 20

Gibanje gradnikov in tlak V tekočinah gradniki pri svojem gibanju občasno trčijo tudi ob steno posode. Sila, s katero pri trku posamezen gradnik deluje na steno, je zelo majhna, a ker je gradnikov zelo veliko (glej str. 88), je skupna sila lahko precejšnja. To silo izmerimo kot tlak, ki ga tekočina izvaja na stene posode. Ker pa gradniki trkajo tudi med seboj in pri tem izravnavajo svoje hitrosti, se v manjši posodi v povprečju vsi gradniki gibljejo enako hitro. Zato v katerem koli delu manjše zaprte posode namerimo enak tlak. !

Tlak zaradi zunanje sile se prenese po vsej tekočini in je na vseh mestih in v vseh smereh enak.

Človeško srce Če človeku preneha biti srce, brez ustrezne medicinske pomoči umre v nekaj minutah. Srce namreč ob vsakem utripu potisne po žilah približno 100 ml krvi, ki celicam prinese nujno potrebne snovi in odnese odvečne. Srce tako v 70 letih naredi okrog 2 milijardi utripov in prečrpa približno 200 milijonov litrov krvi (100 olimpijskih bazenov).

7


6.2 Tekočine zamisli V tem podpoglavju ključna dejstva in o. eljen odeb sana namenoma niso zapi naslovih PRED BRANJEM: preleti vprašanja v tva dejs na MED BRANJEM: izpiši pomemb isli zam ne ključ PO BRANJU: oblikuj

Izjemne lepote podvodnega sveta privabljajo številne potapljače. Ker pa to ni človekovo naravno okolje, je potapljanje lahko izjemno nevarno. Večina nevarnosti je povezana z razlikami v tlaku, ki pa se jim izkušeni potapljači s primerno opremo in ravnanjem lahko izognejo. Na drugi strani pa je vsakršno nepoznavanje in podcenjevanje razmer lahko usodno.

Ključne besede: • sile ob dotiku • ploščina • tlak • pascal • bar

Je tlak v tekočini res povsod enak?

Čim debelejša je plast vode (globina vode), tem večji je zaradi njene teže tlak na dnu.

gladina

Če se v morju potopimo nekaj metrov globoko, začutimo rahlo bolečino v ušesih. Ta je posledica tlaka vode, ki je v globini nekoliko večji kot tik pod površljem. Plast vode nad nami zaradi teže namreč pritiska na nas in spodnje plasti vode, kar zaznamo kot povečan tlak. To bolje razumemo, če primerjamo tlak tik pod gladino in na dnu pokončnega akvarija, na katerega pritiska vsa voda, ki je v njem. Torej tlak v večji posodi vendarle ni povsod enak, temveč je pri dnu nekoliko večji kot tik pod površino.

tlak 1 bar

Ali se tlak spreminja z globino? Preluknjano plastenko napolni z vodo. Podrobna navodila najdeš na strani 15.

Kakšen je tlak v morskih globinah? globina 10 m

tlak 2 bara

Ostanimo še malo pri akvariju. Če akvarij, do polovice napolnjen z vodo, napolnimo do vrha, smo s tem podvoljili debelino plasti vode v njem. S tem se podvoji tudi teža vode in tlak na dnu akvarija. Iz tega lahko sklepamo, da tlak zaradi teže tekočine enakomerno narašča z globino (v zraku z višino). To lahko zapišemo tudi krajše:

globina 20 m

tlak 3 bari

tlak teže = sp. teža · globina

ali

p=σ·h

Spremljajmo potapljača pri potopu in sproti merimo tlak na različnih globinah. Na začetku potopa, tik pod vodno gladino, je tlak enak zračnemu tlaku in znaša približno 1 bar. Na globini 10 m znaša tlak že 2 bara in na globini 20 m doseže 3 bare. Tlak v vodi torej na vsakih 10 m globine naraste za 1 bar. globina 30 m

tlak 4 bari

! 8

Tlak zaradi teže tekočine enakomerno narašča z globino. V vodi se vsakih 10 m poveča za 1 bar.


Dihanje

Kaj pa zračni tlak? k? V resnici se nam ni treba potapljati, da bi občutili tlak zaradi teže tekočine, saj živimo na dnu velikega ocena zraka. Zemljo namreč obdaja nekaj deset kilometrov debela plast zraka, ki ji pravimo ozračje. Na dnu ozračja na nadmorski višini 0 m (nad gladino morja) znaša zračni tlak približno 1 bar oziroma 100 kPa. Na našo dlan torej pritiska ozračje s silo okoli 1000 N, kar presega težo pralnega stroja. Tlak zaradi teže celotnega ozračja torej ustreza tlaku 10 m debele plasti vode. ?

Pljuča izmenjujejo zrak z okolico na osnovi razlike tlaka. Ob vdihu se prsni koš razširi in poveča prostornino pljuč. Zaradi tega se zmanjša tlak v pljučih in zrak iz okolice vdre v pljuča. Pri izdihu je obratno: prsni koš se skrči, tlak v pljučih se poveča in iztisne zrak iz njih. Pljuča v 70 letih izmenjajo približno 200 milijonov litrov zraka.

Zakaj tlak celotnega ozračja »odtehta« le 10 m vode?

Zračni tlak, podobno kot v tlak v vodi, z globino narašča – ker smo na dnu ozračja, je bolje reči, da z višino pada. Na višini 5 km znaša približno polovico tlaka pri tleh, na višini 15 kilometrov pa le še desetino. !

Zemljo obdaja tanka plast zraka. Zračni tlak ob morju znaša približno 1 bar in pada z višino.

Zakaj ne čutimo zračnega tlaka? Kako je mogoče, da 1000 N pritiska na našo dlan, pa tega sploh ne občutimo? Odgovor se skriva v smeri, v kateri deluje tlak. Spomnimo se, da tlak v tekočini deluje v vse smeri, torej tudi na našo dlan pritiska iz vseh smeri. Silo ozračja, ki pritiska na dlan od zgoraj, izravna sila od spodaj, silo, ki deluje z leve, izravna sila z desne ... A zakaj nas potemtakem vse te sile ne zmečkajo, tako kot ocean podmornico, ki se spusti pregloboko? Odgovor je preprost – ker smo v oceanu zraka rojeni in ves čas živimo v njem. Tako je v votlih delih našega telesa zrak (pljuča, notranje uho ipd.) oziroma kri s približno enakim tlakom, kot je v ozračju. Kljub vsemu pa občutimo v ušesih spremembno zračnega tlaka, kadar se hitro dvignemo ali spustimo (npr. pri vožnji z gondolo). ?

Ali zdaj veš, zakaj nas pri potaljanju bolijo ušesa?

Povzetek Tlak v tekočinah zaradi teže tekočine z globino narašča. V vodi se tlak vsakih 10 m poveča za 1 bar, zračni tlak pa se z 1 bara pri tleh do višine 5000 m zmanjša na polovico. Ljudje zračnega tlaka ne občutimo, občutimo pa hitre spremembe tlaka.

Ponovi 1. Zakaj se tlak spreminja z globino? 2. Kako se tlak vode spreminja z globino? 3. Kolikšen je zračni tlak pri tleh?

Razmisli Kako bi izmeril zračni tlak?

Odgovori 1. Kolikšen tlak so morale zdržati sonde, ki so preiskovale razbitine Titanika na globini 3800 m?


6.3 Plavanje ščen seznam V tem podpoglavju je namenoma izpu ih virih. drug po nje iska a olajš ki d, ključnih bese r govo PRED BRANJEM: preglej, o čem bo MED BRANJEM: poišči ključne besede izraze PO BRANJU: poišči ustrezne angleške

Titanik je bil tako izpopolnjena ladja, da se po zagotovilih inženirjev nikakor ne bi smel potopiti. A že na svoji prvi plovbi je po vsega nekaj dneh trčil v ledeno goro, ki mu je razparala bok. Ladjo je zalila voda in v vsej svoji mogočnosti je z več kot tisoč potniki pristala v globinah Atlantika. Kako je to mogoče?

Ključne besede: • poišči jih!

Kaj plava in kaj ne?

Katere snovi plavajo in katere ne? Naredi »preizkus plavanja« s še nekaj snovmi. Podrobna navodila najdeš na strani 15.

plavanje vzgon = teža

potop vzgon < teža

Kdor je lovil ribe s trnkom, ve, da svinčena utež na koncu laksa potone, plutovinasti plovec pa plava na površju. Zakaj nekatere snovi potonejo, druge pa ne? Lahko bi pomislili, da utež potone, ker ima večjo maso. A zakaj potem ne potone deblo, ki ima še večjo maso? Očitno je plavanje teles povezano s čim drugim. S poskušanjem ugotovimo, da potone tudi bakren kovanec, železen vijak, zlata verižica, plava pa košček stiropora, svinčnik, z zrakom napolnjena plastenka … Če poiščemo naštete snovi v preglednici na straneh D4-D5, opazimo, da potonejo predmeti iz snovi, ki imajo večjo gostoto kot voda, plavajo pa predmeti iz snovi, ki imajo manjšo gostoto kot voda. !

Telesa, ki imajo večjo gostoto kot tekočina, v kateri so, v njej potonejo.

vzgon

Zakaj določeni predmeti plavajo? vzgon

teža

?

S kolikšno silo deluje kamen na dno? teža

manjši tlak

Sile vode so na zgornji strani kamna manjše kot na spodnji.

10

večji tlak

Na vsa telesa na zemeljskem površju deluje teža navpično navzdol – tudi na plovec, ki plava na vodi. Ker je plovec na vodni gladini v ravnovesju, mora nanj delovati sila, ki uravnovesi težo. To je sila vzgona ali kar vzgon, ki deluje na vsako telo, vsaj delno potopljeno v tekočini. Pri telesih, ki plavajo, je vzgon enak teži telesa, pri telesih, ki potonejo, pa je vzgon manjši od teže. A od kod vzgon? Vzgon je v resnici posledica naraščanja tlaka z globino. To najlažje razumemo, če si ogledamo sile na kamen, ki ga držimo pod vodo. Nanj poleg sile roke in teže deluje tudi tekočina. Ker tlak tekočine narašča z globino, so sile na spodnji strani kamna nekoliko večje kot na zgornji. Sile tekočine se med seboj torej ne izravnajo, temveč kaže njihova rezultanta navzgor in to je vzgon. !

Na telesa, ki so vsaj delno potopljena v tekočini, deluje vzgon navpično navzgor.


Lahko plavamo tudi v zraku? Ker je tudi zrak tekočina, je odgovor pritrdilen. Tako ko kot v vodi je tudi v zraku pogoj za plavanje gostota a snovi. Ker pa ima zrak mnogo manjšo gostoto od večine snovi na Zemlji, v zraku ta pojav opazimo bolj poredkoma. Da tudi na telesa, »potopljena« v ozračju, deluje vzgon, nas prepriča otroški balon, napolnjen s helijem. Če ga otrok izpusti iz rok, se začne kljub teži gibati navzgor. Vzgon na balon je torej večji od teže – in to zato, ker ima helij manjšo gostoto kot zrak. Vzgon s pridom izkoriščajo tudi balonarji pri poletih s toplozračnimi baloni, le da namesto helija uporabljajo kar segret zrak. Segret zrak v balonu ima namreč manjšo gostoto od okolnega zraka in lahko ponese balon skupaj s košaro in potniki. V začetku 20. stoletja, ko še ni bilo potniških letal, so se uveljavile tako imenovane zračne ladje (zepelini) – velikanski baloni, napolnjeni z vodikom, ki so prevažali potnike. ?

Arhimed

Tudi tla pod nami plavajo Zemljina skorja je razdeljena na več litosferskih plošč. Nekateri deli plošč segajo tudi nad gladino in tvorijo kopno. In čeprav se zdi, da imamo pod nogami trdna tla, plošče v resnici plavajo na tekoči notranjosti Zemlje, saj so iz nekoliko redkejše snovi kot notranjost. Zaradi premikov plošč prihaja na stikih do potresov.

Zakaj imajo toplozračni baloni gorilnike?

Ali lahko tudi železo plava? Kako je mogoče, da vijak potone, ladja pa ne, čeprav sta oba iz železa? Med njima je bistvena razlika – ladja je votla in zavzame mnogo večjo prostornino kot kup železa z enako maso. V resnici je ladijski trup le tanka železna lupina, napolnjena z zrakom in tovorom. Zato ima ladja mnogo manjšo maso, kot če bi bila njena notranjost v celoti zapolnjena z železom. Njena gostota – ali bolje rečeno povprečna gostota – je manjša kot pri vijaku. Na podoben način tudi rešilni jopič zmanjša povprečno gostoto človeka, saj precej poveča prostornino, hkrati pa zelo malo prispeva k celotni masi. Toda če v ladjo vdre voda in zapolni trup, se teža ladje tako poveča, da je vzgon ne more več izravnati, in ladja p potone.

Povzetek Telesa, ki so redkejša od vode, plavajo v vodi, telesa, ki so gostejša od vode, pa v vodi potonejo. Plavanje zagotavlja sila vzgona, ki je posledica naraščanja tlaka zaradi teže tekočine. Tudi v zraku na telesa deluje vzgon. Ladje plavajo, ker so votle in je njihova povprečna gostota manjša od vode.

Ponovi 1. Naštej nekaj snovi, ki so redkejše od vode, in nekaj snovi, ki so gostejše od vode. 2. Zakaj nekatera telesa plavajo in druga ne? 3. Posledica česa je vzgon? Pojasni. 4. Zakaj otrok z rokavčki ne potone?

Razmisli Kolikšen tovor lahko nosi ladja oziroma balon?


6.4 Ozračje j in vreme vih gotovo veliko O vremenu in različnih vremenskih poja spoznanji. mi novi z je veš, zato povezuj svoje znan enu vrem o veš že kaj ši, PRED BRANJEM: napi ga nove del izve si kaj suj, zapi : NJEM MED BRA j sebo med PO BRANJU: oba zapisa primerjaj

Ključne besede: • ozračje • troposofera • vreme • meteorologija • učinek tople grede

Vreme je pogosta tema vsakdanjih pogovorov, saj ima velik vpliv na naše življenje – vpliva na razpoloženje, kroji, kaj bomo počeli konec tedna ... V skrajnem primeru je lahko tudi smrtno nevarno, zato je spremljanje in napovedovanje vremena za človeka zelo pomembno.

vesolje 40 km

0,01 bar

30 km

stratosfera 20 km

0,1 bar

troposfera

10 km

0,5 bar

gladina morja

1 bar

Kako visoko na nebu so oblaki? Omenili smo že, da Zemljo obdaja tanek sloj zraka, ki ga sestavljata predvsem dušik in kisik. Pomembno vlogo imajo tudi ogljikov dioksid (CO2), vodna para in trdni delci, čeprav je njihov delež v ozračju majhen. Debelino ozračja je težko natančno določiti, saj je zrak z višino čedalje redkejši in postopno preide v vesolje. Na vrhu Mt. Everesta je na primer gostota zraka pol manjša kot ob morju. Za človeka je najpomembnejši spodnji sloj ozračja, ki mu pravimo troposfera in sega kakšnih 10 km visoko. V tem sloju se namreč »dogaja« vreme.

Kaj »poganja« vremenske pojave? Tako kot vsi drugi pojavi v vesolju so tudi vremenski pojavi povezani z energijo. Ta prihaja na Zemljo skoraj v celoti s Sonca. Tla in vodne površine prestrezajo sončno sevanje in se zato segrevajo. Zaradi nagiba sončnih žarkov je segrevanje najizrazitejše ob ekvatorju. Ob stiku s tlemi ali vodo se segreje tudi zrak in tako prejme energijo.

je

šibkejše segrevan

Vsak kvadratni meter tal prejme jasnem vremenu od sonca vsako sekundo več kot 1000 J energije.

je

močnejše segrevan

12


Kako nastane vreme?

Povzetek

Vreme je stanje ozračja, ki ga opredeljujejo temperatura zraka, zračni tlak, vetrovi, oblačnost in padavine. Vse spremembe vremena so posledica temperaturnih razlik zaradi različnega segrevanja tal in oceanov. Vetrovi nastanejo, ko se segret zrak, ki je redkejši od hladnega, dviguje, na njegovo mesto pa pri tleh priteka hladnejši zrak. Veliko vremenskih pojavov je povezanih s padavinami. Te so del kroženja vode, ki se začne z izhlapevanjem površinske vode in nadaljuje z dvigovanjem ter ohlajanjem vodne pare, ki pri tem nastane. Na določeni višini se vodna para utekočini in nastanejo oblaki. Voda, ki tvori oblake, se prej ali slej v obliki padavin vrne na površje in vodni krog se sklene.

Ponovi

Zemljino ozračje je sestavljeno predvsem iz dušika in kisika. Gostota zraka in tlak z višino padata in sta največja pri tleh. Vreme imenujemo stanje v spodnji plasti ozračja – troposferi. Vsi vremenski pojavi in spremembe vremena izvirajo iz temperaturnih razlik, ki so posledica različnega segrevanja Zemljinega površja. Vreme spremljajo in napovedujejo meteorologi. 1. Kakšna je sestava Zemljinega ozračja? 2. Kako se ozračje spreminja z višino? 3. Od kod ozračje dobiva energijo? 4. Kaj je vreme?

Razmisli Kaj bi se zgodilo z vremenskimi pojavi, če bi nekega dne sonce prenehalo sijati?

Odgovori 1. Zakaj potrebujejo alpinisti pri vzponih na najvišje vrhove dodaten kisik? 2. Ali imajo tudi drugi planeti ozračje?

Kako napovedujejo vreme? Znanost, ki proučuje vreme, se imenuje meteorologija. Za spremljanje razmer v ozračju in pomoč pri napovedovanju vremena meteorologi uporabljajo številne meteorološke postaje. Napovedovanje vremena močno olajšajo vremenski sateliti in zmogljivi računalniki. Kljub temu so razmere v ozračju zelo nepredvidljive in zato so vremenske napovedi zanesljive le za nekaj dni vnaprej. Človek s povečevanjem prometa, industrije in porabe energije čedalje bolj vpliva na vreme. S svojim delovanjem onesnažuje ozračja in spreminja njegovo sestavo, kar povzroča segrevanje ozračja. Posledice so taljenje ledu, pogostejši ekstremni vremenski pojavi, izginjanje določenih rastlinskih in živalskih vrst ... Kaj se hitreje segreva? Počrnjeno plastenko vode daj na sonce. Podrobna navodila najdeš na strani 15.

nižje temperature

višje temperature

Učinek tople grede Ogljikov dioksid (CO2) v ozračju uravnava temperaturo planeta – skozi ozračje namreč prepušča Sončevo sevanje, ne prepušča pa Zemljinega sevanja v vesolje. Zato se zrak podobno kot v topli gredi segreva. Na Marsu, kjer ogljikovega dioksida ni, so temperature okoli –20 °C, na Veneri, kjer ga je preveč, pa okoli 500 °C. Na Zemlji ga je zaradi človekovih aktivnosti čedalje več in temperatura ozračja počasi, a vztrajno narašča, kar že povzroča številne spremembe na Zemlji.

13


Povzetek in poskusi

Tlak in gostota

Tekočine

• Pri ploskovno porazdeljenih silah moramo poleg velikosti, smeri in prijemališča pogosto upoštevati tudi površino, na kateri delujejo. Količino, ki opisuje razmerje med silo in ploščino, imenujemo tlak. Merimo ga z manometri in podajamo v Pascalih (Pa).

• Snovi v kapljevinastem in plinastem stanju imenujejo tudi tekočine. Mehansko stanje tekočin navadno opisujemo z gostoto in tlakom.

• Različne snovi pri enaki masi zavzamejo različno veliko prostornino. Gostota izraža razmerje med maso telesa in prostornino, ki jo telo zavzema. kg kg Merimo jo v m ali dm in jo za večino snovi najdemo v tabelah. 3

• Tlak zaradi zunanje sile je po vsej tekočini enak, tlak zaradi teže tekočine pa z globino narašča. V vodi tlak naraste za 1 bar vsakih 10 metrov. V ozračju nad morsko gladino znaša približno 1 bar, na višini 5000 m pa le polovico te vrednosti.

3

Kolikšna je ploščina?

Kakšne so sile v tekočinah?

Naloga: Določi ploščino z merjenjem in štetjem kvadratkov.

Naloga: Preveri, kakšne zakonitosti veljajo za sile v tekočinah.

Potrebščine: milimetrski papir, merilni trak, športni copati in smuči

Potrebščine: balon in voda

Potek dela: 1. Športni copat položi na milimetski papir in obriši podplat. 2. Preštej koliko kvadratnih milimetrov je površina podplata (bodi iznajdljiv!) 3. Izmeri dolžino smučke in njeno širino na začetku, na sredini in na koncu. 4. Približno izračunaj površino smučke. Razmisli: V katerih primerih lahko izračunaš površino telesa , kdaj pa jo moraš »prešteti«?

Kolikšna je gostota kamna? Naloga: Izmeri gostoto kamna. Potrebščine: srednje velik kamen, gospodinjska tehtnica, merilna posoda in voda Potek dela: 1. S tehtnico izmeri maso kamna. 2. V merilno posodo do polovice nalij vodo in odčitaj, do kod sega voda. 3. V merilno posodo previdno spusti kamen in odčitaj, do kod sega voda. Razmisli: Kako boš iz izmerjenih vrednosti izračunal gostoto kamna?

14

Potek dela: 1. V balon natoči vodo in ga zaveži. 2. Balon gneti med rokami in opazuj njegovo obnašanje. Odgovori: Kako se po tekočini širi zunanja sila oziroma tlak zunanje sile?


Plavanje

Ozračje in vreme

• Telesa, ki imajo manjšo gostoto od tekočine v kateri so, v njen plavajo, telesa z večjo gostoto pa potonejo.

• Zemljino ozračje je mešanica plinov, med katerimi prevladujeta dušik in kisik. Tlak v ozračju z višino hitro pada, z njim pa pada tudi gostota ozračja.

• Plavanje omogoča sila tekočine na potopljeno telo, ki ji pravimo vzgon. Vzgon je posledica naraščanja tlaka zaradi teže tekočine.

• Največje spremembe se dogajajo v spodnjem sloju ozračja, ki mu pravimo troposfera. Vreme opisuje trenutno stanje ozračja. Vreme spremljajo in proučujejo meteorologi.

Ali se tlak spreminja z globino? Naloga: Ugotovi, ali je tlak odvisen od globine. Potrebščine: plastenka, plastična banjica, plastelin, škarje in voda Potek dela: 1. Na isti strani plastenke na različnih višinah s škarjami naredi luknjice. 2. S plastelinom zadelaj luknjice in plastenko do vrha napolni z vodo. 3. Plastenko postavi v banjico in odstrani plastelin z luknjic. Razmisli: Kaj opaziš in kako si to razlagaš?

Katere snovi plavajo in katere ne?

Kaj se hitreje segreva? Naloga: Ugotovi, kako barva telesa vpliva na segrevanje. Potrebščine: dve pollitrski plastenki, kos alufolije, kos črnega krep papirja, termometer in voda Potek dela: 1. Eno plastenko obleči z alufolijo, drugo pa s črnim krep papirjem. 2. V obe plastenki nalij vodo in ju daj na sonce. 3. Vsakih nekaj minut izmeri temperaturo vode v obeh plastenkah. Meritve: po

Naloga: Ugotovi, katere snovi plavajo in katere ne.

srebrna plastenka

Potrebščine: različni manjši predmeti (npr. plutovinast zamašek, matica …), dve sponki za papir, večja skleda in voda

črna plastenka

min po

min po

min

Potek dela: 1. V skledo približno do polovice nalij vodo. 2. V vodo spuščaj različne predmete (eno sponko prihrani). 3. Drugo sponko zelo previdno položi na gladino. Poveži: »plavanje« teles primerjaj z njihovo gostoto. Razišči: Zakaj sponka enkrat plava drugič pa ne? Pomagaj si z drugimi viri.

15


Ambrož Demšar, Đulijana Juričić, Vasja Kožuh in Valentina Mlakar

Zakaj se dogaja? Sile in energija 8 PRILOGA UČBENIKA za fiziko v osmem razredu osnovne šole Izdala in založila: Založba Rokus Klett, d.o.o. Za založbo: Maruša Kmet

Ilustracije: Matej DeCecco fotografije: ovitek − rešilni obroč (Shutterstock) strani 2 in 3 − plesalca (Istockphoto); krplje, sledovi v snegu, krvni tlak (Shutterstock) strani 4 in 5 − živo srebro, kartonske škatle, plastenka, ključavnica, kozarec z vodo, aluminij, svinec, zlato (Shutterstock); medgalaktični prostor, nevtronska zvezda (NASA); balonček (Istockphoto) stran 6 in 7 − penina, balon (Istockphoto); slap, srce (Shutterstock) stran 8 in 9 − morsko dno, potapljač, barometer, dihala (Shutterstock) stran 10 in 11 − Titanik (NGS); plovec, baloni (Shutterstock) stran12 in 13 − vremenska napoved (POP TV); sončni žarki (Shutterstock); Zemlja (Istockphoto); tropska nevihta (NASA) stran 14 in 15 − živo srebro, potapljač (Shutterstock); nevtronska zvezda, tropska nevihta (NASA); Titanik (NGS); deklici, ki izvajata poskuse (Iztok Bončina)

http://www.devetletka.net/resources/files/doc/test/OS_fizika/8.%20razred/Ucenci/Dodatna_gradiva/ZSD%  

http://www.devetletka.net/resources/files/doc/test/OS_fizika/8.%20razred/Ucenci/Dodatna_gradiva/ZSD%208%20UC%202009%20dodaten%20snopic%20MR....

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you