Pressione: in che modo la pressione in un liquido è correlata alla profondità? (spiegato con lo schema)

Potresti aver sentito la parola 'pressione' essere usata nella conversazione. Cos'è esattamente la pressione? Com'è collegato alla forza? Le seguenti attività ti aiuteranno a capire questo.

Prova a tagliare una mela con il bordo smussato di un coltello. Usa tutta la forza che puoi. È facile? Ora tagliare con il bordo tagliente. Osserva quanto è più facile o il fatto che devi usare molta meno forza. Trova un pin comune smussato e prova a perforare un fascio di fogli (6 o 7 fogli) con esso. Quindi usa uno spillo con una punta acuminata per fare la stessa cosa. Quale è più facile?

Premi la punta smussata della tua matita sul palmo della mano. Ora usa la stessa forza per premere la punta acuminata sul palmo. Che fa più male?

Perché è più facile perforare un fascio di carte con un perno appuntito piuttosto che con un perno smussato? La punta del perno appuntito ha un'area molto più piccola di quella del perno smussato. Supponiamo che l'area della punta affilata sia una e che la punta smussata sia 10a. La forza (F) applicata si concentra sulla piccola area della punta affilata, mentre viene divisa sull'area più ampia della punta smussata. La forza per unità di area che agisce sulla carta sotto la punta acuminata è F / a, mentre quella sotto la punta smussata è F / (10a). Poiché F / a è dieci volte maggiore di F / (10a), il perno appuntito passa più facilmente attraverso il fascio di fogli.

La quantità F / a, o la forza per unità di superficie, è chiamata pressione.

Pressione = forza / area

L'unità di pressione SI è Newton per metro quadrato (N / m ² ):

Pertanto, se una forza di 10 N agisce su un'area di 1 m ², la pressione sarà 10 N / m ² .

Esempi quotidiani

Quindi, ora sai perché i taglienti di attrezzi come lame, asce e coltelli sono resi nitidi e perché spilli e aghi hanno punti affilati. Tuttavia, proprio come è desiderabile aumentare la pressione in alcune situazioni, è necessario ridurlo negli altri. Immagina cosa succederebbe se qualcuno che indossasse tacchi a spillo tentasse di camminare sulla sabbia o sulla neve. Il peso dell'intero corpo che agisce su una piccola area darebbe luogo ad un'alta pressione, facendo affondare il piede nella sabbia o nella neve.

Ecco perché gli sci sono lunghi e piatti, aumentando l'area su cui il peso del corpo agisce riducono la pressione, aiutando lo sciatore a scivolare sulla neve. Allo stesso modo, il fatto che i cammelli abbiano i piedi grandi li aiuta a camminare sulla sabbia. Riesci a indovinare perché fa male camminare su pietre o ghiaia e perché i facchini mettono un rotolo di stoffa sulle loro teste?

Pressione esercitata dai liquidi:

Hai letto che il peso di un corpo è la forza con cui la terra lo attrae. Anche un liquido ha massa ed è attratto dalla forza di gravità. Questo peso, o forza, agisce verso il basso sulla base del contenitore che trattiene il liquido. Quindi la pressione esercitata sulla base del contenitore è il peso del liquido diviso per l'area della base. La seguente attività ti darà un'idea migliore della pressione esercitata da un liquido.

Forare quattro fori sul lato di una bottiglia di plastica (o barattolo). Attaccare una striscia di nastro adesivo sui fori e riempire la bottiglia (o il barattolo) con acqua. Posiziona la bottiglia sul bordo di un tavolo, con una nave sul pavimento sottostante. Staccare il nastro e osservare i quattro getti d'acqua che escono dalla bottiglia (o barattolo). Il getto dal buco più basso viaggerà più lontano. Se fai i quattro fori alla stessa altezza, i quattro getti percorrono la stessa distanza dal contenitore.

Il getto d'acqua dal foro più basso viaggia più lontano perché la pressione esercitata dalla colonna d'acqua è la più alta a questo punto. Dalla distanza percorsa dai quattro getti, dovresti essere in grado di indovinare che la pressione esercitata dall'acqua aumenta con l'aumentare della profondità.

Se puoi immaginare che la bottiglia abbia basi false ai quattro livelli, A, B, C e D (la base A è la più alta), ti accorgerai che il peso dell'acqua che agisce sulla base A è molto inferiore a quello che agisce sulla base B, e così via. Quando si fanno quattro fori allo stesso livello di una bottiglia, i getti percorrono la stessa distanza perché un liquido esercita la stessa pressione in tutte le direzioni a una particolare profondità.

Le due cose che devi ricordare sulla pressione esercitata da un liquido sono le seguenti:

1. La pressione esercitata da un liquido aumenta con la profondità.

2. Un liquido esercita la stessa pressione in tutte le direzioni ad una determinata profondità.

Misurazione della pressione del liquido:

Un manometro è uno strumento utilizzato per misurare le differenze di pressione. Puoi creare un manometro semplice e usarlo per vedere come la pressione di un liquido cambia con la profondità. Fissate un tubo a U (dovrete acquistarne uno, o prenderne uno in prestito dal vostro laboratorio) su una tavola come mostrato nella Figura 8.13 (a) e riempirne metà con acqua. Vedrai che il livello dell'acqua è lo stesso in entrambe le braccia del tubo a U. Questo è il tuo manometro. Infilare un'estremità di un tubo di gomma da 1 m su un'estremità del tubo a U e collegare un imbuto all'altra estremità del tubo di gomma.

Stendi un palloncino sottile sulla bocca dell'imbuto e fissalo con un filo o un elastico. Se si preme il palloncino allungato con un dito, il livello di acqua nel braccio A del tubo a U cadrà e il livello nel braccio B salirà, come mostrato nella Figura 8.13 (b). La differenza delle altezze dell'acqua nei due bracci è una misura della pressione che si applica con il dito.

Quindi, abbassare lentamente l'imbuto in un secchio d'acqua, come mostrato nella Figura 8.13 (c). La differenza tra l'altezza dell'acqua nei due bracci del manometro aumenterà quando l'imbuto si addentra nel secchio d'acqua. Questo dimostra che la pressione aumenta con la profondità di un liquido.

Se pieghi il tubo di gomma in modo che la faccia dell'imbuto sia verticale, come mostrato nella Figura 8.13 (d), e ruotalo allo stesso livello di acqua, la pressione indicata dal manometro rimarrà stabile. Questo dimostra che ad una data profondità la pressione in un liquido è la stessa in tutte le direzioni.

Pressione atmosferica:

Sai che siamo circondati da una coltre d'aria. Quest'aria ha massa ed è attratta dalla forza di gravità. Quindi, questa aria non esercita pressione? Sì, lo fa, come ti mostrerà la seguente attività. Riempi la metà di una lattina metallica vuota (puoi usare una lattina di bibita analcolica) con acqua.

Scaldalo finché l'acqua non bolle. Rimuovere la lattina dalla fiamma e chiudere il coperchio con forza. (Nel caso in cui si utilizza una lattina di bibita, è possibile utilizzare del nastro adesivo per sigillare l'apertura.) Posizionare la lattina sotto un rubinetto e aprire il rubinetto (fare attenzione durante la manipolazione della lattina calda). Mentre la lattina si raffredda, viene schiacciata. Se il riscaldamento di una lattina è problematico, versare acqua calda in una bottiglia di plastica e avvitare il coperchio. Quindi versare acqua ghiacciata sulla bottiglia. La bottiglia sarà schiacciata.

Perché la lattina (o la bottiglia) viene schiacciata? Perché in primo luogo, il vapore dell'acqua bollente spinge fuori l'aria. Quindi, quando si chiude il coperchio e si raffredda la lattina (o la bottiglia), il vapore si condensa, lasciando spazio vuoto. La pressione dell'aria, che normalmente non senti, agisce su tutti i lati della lattina e la fa crollare.

Perché un vuoto non può crollare normalmente? Perché è pieno di aria e la pressione dell'aria sulla superficie esterna della lattina è bilanciata dalla pressione dell'aria sulla sua superficie interna. E perché non senti il ​​peso di diverse centinaia di chili di aria che ti schiaccia addosso (il peso di quest'aria è all'incirca uguale a quello di un elefante)? Questo perché la pressione all'interno del tuo corpo è uguale alla pressione esercitata dall'aria sulla superficie esterna del tuo corpo.

Prendiamo in considerazione altri esempi. Perché pensi che un palloncino scoppi quando viene pompata troppa aria? Mentre si pompa aria in un pallone, la pressione all'interno (agendo sul muro del pallone) aumenta. Ciò aumenta il volume o il volume del palloncino. Poi arriva un punto in cui il materiale del pallone non può più allungarsi. Se aumenti ulteriormente la pressione pompando più aria, il pallone scoppia.

Prova a spingere un bicchiere vuoto (o una tazza) in un secchio d'acqua. Senti una resistenza? È la pressione esercitata dall'aria intrappolata all'interno del vetro (o della tazza). Sorprendi i tuoi amici con queste attività e prova a spiegarle. Vedere le Figure 8.15 e 8.16 per suggerimenti.

1. Riempi un bicchiere d'acqua e coprilo con un sottobicchiere. Invertire il vetro. Il sottobicchiere rimarrà attaccato al vetro e l'acqua non si rovescia.

2. Forare un foro vicino al fondo di una lattina vuota e coprire il foro con del nastro adesivo. Riempi la lattina di acqua Stendi un pallone sopra l'imboccatura della lattina. Tieni la lattina su un lavandino e togli il nastro che copre il buco. Mentre l'acqua scorre fuori dal buco, il pallone viene spinto dentro la lattina.