Z tego filmu dowiesz się:

  • co oznacza pojęcie parcia, nacisku, ciśnienia,
  • jak wykorzystywać do obliczeń wzór na związek między parciem a ciśnieniem,
  • jak posługiwać się pojęciem ciśnienia atmosferycznego.

Podstawa programowa

Pobieranie materiałów

wideo ekran podsumowujący napisy

Licencja: cc-by-nc-sa.svg

Poniższe materiały są udostępnione na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowej (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.pl). Możesz je wykorzystywać wyłącznie jako całość, bez rozdzielania ich na indywidualne elementy składowe. Zabronione jest wycinanie, pobieranie, modyfikowanie, edytowanie i zmienianie elementów składowych (np. grafik, tekstów, dźwięków, logotypów). Licencja CC BY-NC-SA 4.0 nie obejmuje wykorzystywania elementów składowych w utworach pochodnych. Jeśli chcesz wykorzystać ten materiał w swoim niekomercyjnym projekcie, nie zapomnij wymienić jego autorów: Pi-stacja / Katalyst Education.

Transkrypcja

Kliknij na zdanie, aby przewinąć wideo do tego miejsca.

Na pewno znasz uczucie parcia na pęcherz. Na początku lekkie z czasem przybiera na sile aż do momentu kiedy nie daje się już zignorować. Twój zawór bezpieczeństwa w postaci zwieracza pęcherza ledwie daje radę się mu opierać a ty koniecznie musisz poszukać toalety. Czy to właśnie takim parciem będziemy się zajmować? Właśnie tak. Choć za przykład weźmiemy w filmie co innego. Nie Twój pęcherz. Jak definiują parcie fizycy? Do czego się ono przydaje? Wszystkiego dowiesz się w tej lekcji. W otaczającym nas świecie nacisk to rzecz powszechna. Różne ciała wywierają nacisk na inne. Auto wywiera nacisk na drogę a ty wywierasz nacisk na podłogę na której stoisz albo na krzesło na którym siedzisz. Wszystkie ciała na powierzchni Ziemi działają siłą nacisku na to na czym akurat spoczywają. Siła ta wynika z działania innej siły. Siły grawitacji. Dlatego właśnie siła nacisku spoczywającego ciała na powierzchnię jest w takich przypadkach równa co do wartości i kierunku sile grawitacji. Ta siła to ciężar ciała. Dla przypomnienia ciężar obliczamy mnożąc masę przez przyspieszenie ziemskie. Czyli na człowieka o masie 80 kilogramów działa siła grawitacji równa ośmiuset niutonom. A co za tym idzie, człowiek ten wywiera na powierzchnię Ziemi nacisk równy ośmiuset niutonom. Widać z tego, że siła nacisku zależy od masy ciała. Taka siła nacisku, działa zawsze pionowo i jest skierowana w stronę naszej planety. Ale nie zawsze siła nacisku musi być tak skierowana. Przecież możesz naciskać ręką na ścianę opierając się o nią czy na karoserię samochodu jeśli musisz go zepchnąć na pobocze bo przestał współpracować. W tych przypadkach siła nacisku jest skierowana poziomo. A zastanawiało Cię kiedyś dlaczego podnosząc duży przedmiot z podłogi chwytasz go od dołu? Bo żeby go podnieść musisz wywrzeć nacisk pokonujący siłę ciężkości czyli grawitacji właśnie. W tym przypadku twoja siła nacisku jest skierowana do góry. Nasze rozważania o nacisku nie ograniczają się do ciał stałych. Ciecze również potrafią wywierać niezły nacisk, nie tylko te w pęcherzu. Pewnie wiesz jak działa basen rozporowy. Jego ścianki utrzymuje w pionie tylko woda nalana do takiego basenu. A spróbuj taką ściankę przewrócić. To naprawdę trudne i wymaga siły. Taki basen to dowód na to że woda naciska w tym samym czasie nie tylko na spód basenu ale także na jego ścianki. Dlaczego tak się dzieje? Ponieważ woda i inne ciecze nie mają swojego kształtu a więc pod działaniem siły grawitacji będą chciały się rozlać na jak największej powierzchni czyli być jak najbliżej Ziemi naciskając na wszystko co stanie na ich drodze. Wyjątkiem są bardzo małe krople cieczy. Ale to temat na inny film. Podobnie ma się sprawa z gazami. Siedzisz sobie na krześle lub fotelu oglądając nasz film i pewnie nawet nie zdajesz sobie sprawy jaki nacisk jest na Ciebie wywierany i to z każdej strony. Mimo, iż powietrze jest dużo lżejsze niż woda to jednak także jest przez Ziemię przyciągane a więc naciska na każdą rzecz czy stworzenie na jej powierzchni. Siedzisz więc sobie zanurzony w powietrzu które na Ciebie napiera. Jak widzieliśmy, ciecze i gazy mogą wywierać nacisk we wszystkich kierunkach niezależnie skąd działa na nie siła. Z powodu tej ich unikalnej cechy w ich przypadku siłę nacisku nazwano parciem. Parcie to siła nacisku wywierana przez gaz lub ciecz na daną powierzchnię czyli na przykład na ścianki naczynia w którym się znajdują albo na ciało w nich zanurzone. Parcie gazu może być znacznie większe niż to jakie wywiera na Ciebie powietrze w pomieszczeniu, w którym się znajdujesz. Aby się o tym przekonać zróbmy proste doświadczenie. Weź pustą strzykawkę. Wylot zatkaj palcem i powoli wciskaj tłok. Co czujesz? Jeśli szczelnie zatkasz wylot na pewno poczujesz jak powietrze w strzykawce napiera na Twój palec. Z kolei palec, którym naciskasz tłok będzie mieć coraz trudniej. Powietrze w strzykawce zacznie stawiać mu coraz większy opór. Dlaczego tak się dzieje? Gazy nie mają stałej objętości. Można je ściskać. Mówi się, że są ściśliwe ale tylko do pewnego momentu. Cząstki w gazach mają dużą energię. Jak dzieci w przedszkolu. I nie lubią być zbyt blisko siebie nawzajem. A więc im mają ciaśniej, tym bardziej się przeciwko takiemu ściskowi buntują. My odczuwamy to jako coraz większy nacisk gazu w strzykawce na nasz palec oraz na tłok. O takim ściśniętym gazie mówimy że jest pod dużym ciśnieniem. Ale czym to ciśnienie jest? Opowiem Ci o tym, gdy schrupiesz orzeszka. Zdarzyło Ci się może oglądać ćwiczenia w ratowaniu ludzi na lodzie? Ratownicy pomagający osobie pod którą załamał się lód nie podchodzą po prostu do wyłamanego przerębla lecz kładą się na lodzie starając się maksymalnie zwiększyć powierzchnię którą się z nim stykają. Aby zrozumieć po co to robią wykonajmy kolejne doświadczenie. Weźmy spory, płaski talerz i rozsypmy na nim trochę mąki. Tak na grubość centymetra. Potrzebny nam będzie także drewniany klocek. Kładziemy klocek na powierzchni mąki najpierw na najszerszej ściance potem na węższej a na końcu na tej najkrótszej. Spójrz na odciśnięte w mące ślady i zastanów się czym oprócz kształtu się różnią. Jeśli mówisz, że głębokością brawo! Masa klocka nie zmienia się a co za tym idzie nie zmienia się również jego ciężar czyli siła z jaką klocek naciska na mąkę. Mimo to ślady w mące mają różną głębokość. Najgłębszy powstaje gdy klocek jest ustawiony na najmniejszej ściance a najpłytszy, gdy na najszerszej. Wynika z tego, że na efekt oddziaływania ciała z podłożem ma wpływ nie tylko jego ciężar ale również powierzchnia oddziaływania. O tym, że powierzchnia nacisku ma znaczenie możesz się przekonać osobiście gdy ktoś stanie Ci niechcący na stopie wąskim obcasem. Odczujesz to o wiele boleśniej niż gdyby zrobił to na przykład w tenisówkach. Dlaczego? Bo ten sam ciężar raz skupia się na maleńkiej powierzchni, a drugim razem rozkłada się na dużej. W tenisówkach na jednostkę powierzchni przypada więc mniejsza siła nacisku. Wielkość siły nacisku działająca na daną powierzchnię to ciśnienie. Klocek stojąc na najmniejszym boku wywiera większe ciśnienie na mąkę niż leżąc na największym. Osoba w szpilkach wywiera większe ciśnienie na podłogę niż ta w tenisówkach czy innych płaskich butach. Ciśnienie oznaczamy małą literą p. Skoro ciśnienie to rozkład siły nacisku na daną powierzchnię to jak je obliczyć? Dzieląc siłę nacisku F przez pole powierzchni S na które działa ta siła. Im większa jest siła nacisku tym większe jest ciśnienie działające na określoną powierzchnię. Im większa jest powierzchnia na którą działa określona siła nacisku tym ciśnienie jest mniejsze. Jednostką ciśnienia jest pascal. Widzisz więc, że ratownicy pomagający osobie pod którą załamał się lód kładą się na nim po to żeby rozłożyć siłę nacisku swój ciężar na większą powierzchnię. Zmniejszają w ten sposób ciśnienie działające na lód a zatem zmniejszają ryzyko że się on pod nimi załamie. Analogicznie ma się sprawa w gazach i cieczach. Na pewno wiesz, że balon podczas pompowania powiększa się czyli zwiększa swoją powierzchnię. Robi to, aby uniknąć pęknięcia. Podobnie jak ratownik próbował zmniejszyć ciśnienie rozkładając stałą siłę nacisku czyli swój ciężar na większej powierzchni taki balon zwiększa swoją powierzchnię aby zapobiec wzrostowi ciśnienia. Robi to jednak w odpowiedzi na rosnącą siłę nacisku, czyli parcia wtłaczanego doń powietrza. Dlaczego w pompowanym balonie rośnie parcie? Kiedy wdmuchujemy do balonu powietrze wewnątrz jest coraz więcej cząsteczek gazu. Jest im coraz ciaśniej wzrasta więc i parcie. Gdyby balon miał nierozciągliwe ścianki ciśnienie w nim rosłoby tak szybko że nie udałoby Ci się wcisnąć do niego nawet jednego pełnego oddechu. Prędzej sam byś pękł. W strzykawce z wcześniejszego doświadczenia nie zmienialiśmy ilości gazu. Za to zmniejszaliśmy ilość miejsca jakie ten gaz zajmował. Gaz nie mógł rozciągnąć ścianek strzykawki aby zrobić sobie więcej miejsca. A więc ciśnienie cały czas rosło i wywierało coraz większe parcie na ścianki, tłok i nasz palec aż do momentu gdy siła parcia była tak duża że dalsze wciskanie tłoka do wnętrza strzykawki okazało się niemożliwe. Więcej o ciśnieniu w gazach i cieczach dowiesz się z innych filmów tej playlisty. Utrwalmy teraz pojęcie ciśnienia obliczając jakie ciśnienie wywierał klocek z naszego doświadczenia. Obliczmy ciśnienie w różnych pozycjach klocka i sprawdźmy czy liczby pokrywają się z obserwacjami. Wymiary naszego klocka to 1,5 centymetra na 3 centymetry, na 10 centymetrów a jego waga to 36 gramów. Obliczmy najpierw jakie ciśnienie klocek wywiera na mąkę gdy leży na boku o największej powierzchni. Ciśnienie obliczamy z poznanego już wzoru P równa się F podzielić przez S. Do obliczeń potrzebujemy więc powierzchni jaką klocek działa na mąkę. Ta powierzchnia, oznaczmy ją jako S1 to prostokąt o wymiarach 3 centymetry na 10 centymetrów. Do dalszych obliczeń potrzebne nam jednak będą jednostki podstawowe, czyli metry. 3 centymetry to 0,03 metra a 10 centymetrów to 1/10 metra. Pole naszego prostokąta to zatem 0,03 metra razy 1/10 metra czyli 0,003 metra do kwadratu. S1 już mamy. Potrzebujemy jeszcze siły nacisku. Siła ta jest w tym przypadku równa co do wartości sile grawitacji. Fg równa się m razy g Aby ją poprawnie obliczyć musimy masę klocka wyrazić w kilogramach. 36 gramów to 0,036 kilograma. Siła grawitacji to więc 0,036 kilograma razy 10 niutonów na kilogram co daje nam 0,36 niutona. Przechodzimy do najważniejszego punktu programu czyli do obliczenia ciśnienia. P1 równa się 0,36 niutona podzielić przez 0,003 metra do kwadratu a to się równa 120 pascali. Teraz Ty spróbuj samodzielnie obliczyć ciśnienie jakie wywiera klocek stojąc na każdej z dwóch pozostałych ścianek a następnie wznów film i porównaj swoje obliczenia z moimi. Siła nacisku, czyli ciężar klocka będzie taka sama we wszystkich trzech przypadkach. Pola ścianek S2 i S3 to odpowiednio 0,0015 metra do kwadratu oraz 0,00045 metra do kwadratu czyli 0,0015 i 0,00045 metra do kwadratu. A więc ciśnienie P2 to 0,36 niutona podzielić przez 0,0015 metra do kwadratu czyli 240 paskali. A ciśnienie P3 to 0,36 niutona podzielić przez 0,00045 metra do kwadratu czyli 800 paskali. Twoje wyniki są takie same? Super! Widzimy, że nasze wyniki pokrywają się z tym co zaobserwowaliśmy podczas doświadczenia. Ciśnienie jakie wywiera nasz klocek na powierzchnię jest tym większe im mniejsza jest ta powierzchnia. Ciśnieniem nazywamy stosunek siły nacisku (parcia) działającej na pewną powierzchnię do wielkości tej powierzchni. Im większa jest siła nacisku tym większe jest ciśnienie. Im większa jest powierzchnia na którą działa ta siła tym ciśnienie jest mniejsze Jednostką ciśnienia jest pascal. Na dzisiaj to już wszystko. Po więcej materiałów zajrzyj na naszą stronę pi-stacja.tv

Lista wszystkich autorów

Scenariusz: Anna Soliwocka, Dobrawa Szlachcikowska

Lektor: Weronika Brzezińska

Konsultacja: Andrzej Pieńkowski

Grafika podsumowania: Anna Bednarek

Materiały: Anna Bednarek, Weronika Brzezińska

Kontrola jakości: Małgorzata Załoga

Zdjęcia: Anna Bednarek

Asysta zdjęć: Magdalena Adamska, Patrycja Ostrowska

Redakcja: Małgorzata Załoga

Napisy: Klaudia Abdeltawab, Раїса Скорик

Montaż: Anna Bednarek

Doświadczenia: Anna Soliwocka, Zofia Borysiewicz

Animacja: Anna Bednarek, Magdalena Adamska, Dobrawa Szlachcikowska

Opracowanie dźwięku: Aleksander Margasiński

Produkcja:

Katalyst Education

Lista materiałów wykorzystanych w filmie:

Freepik (Licencja Flaticon)
Freepik (Licencja Flaticon)
Freepik (Licencja Flaticon)
Freepik (Licencja Flaticon)
macrovector (Licencja Freepik)
macrovector (Licencja Freepik)
macrovector (Licencja Freepik)
macrovector (Licencja Freepik)
Mikhail Nilov (Licencja Pexels)
Taryn Elliott (Licencja Pexels)
Taryn Elliott (Licencja Pexels)
pch.vector (Licencja Freepik)
rukanicon (Licencja Flaticon)
Nicky Pe (Licencja Pexels)
pikisuperstar (Licencja Freepik)
Ron Lach (Licencja Pexels)
freepik (Licencja Freepik)
Jill Burrow (Licencja Pexels)
SHVETS production (Licencja Pexels)
Pushkarev (Licencja Pexels)
cottonbro (Licencja Pexels)
cottonbro (Licencja Pexels)
cottonbro (Licencja Pexels)
Mitchell Henderson (Licencja Pexels)
Antonius Ferret (Licencja Pexels)
Engin Akyurt (Licencja Pexels)
Engin Akyurt (Licencja Pexels)
Ketut Subiyanto (Licencja Pexels)
James Cheney (Licencja Pexels)
Ketut Subiyanto (Licencja Pexels)
Ketut Subiyanto (Licencja Pexels)
Ketut Subiyanto (Licencja Pexels)
Max Fischer (Licencja Pexels)
Karolina Grabowska (Licencja Pexels)
Mikhail Nilov (Licencja Pexels)
benzoix (Licencja Freepik)
Edward Jenner (Licencja Pexels)
Ricardo Esquivel (Licencja Pexels)
Artem Podrez (Licencja Pexels)
Arctic Warriors (Domena publiczna)

Licencja:

Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowej

cc-by-nc-sa.svg