Trycket är beroende av kraft (tyngd) och area

Transkript

1 Vad är tryck?

2

3 Trycket är beroende av kraft (tyngd) och area Om du klämmer med tummen på din arm känner du ett tryck från tummen. Om du i stället lägger en träbit över armen och trycker med tummen kommer du inte uppleva samma tryck. Trycket beror på arean. För att räkna ut tryck använder man formeln: kraft / area Formeln säger att om arean är större kommer trycket att bli mindre, eller tvärtom. Tryck är alltså kraft fördelad på en yta (area) 3

4 Vad var tyngd (kraft) nu igen? För att mäta kraft använder vi oss av en dynamometer. Den mäter i en enhet som kallas för Newton. (N) För att lyfta en vikt på 0,1 kg (100g) krävs en kraft på 1Newton (N). Detta betyder att det krävs en kraft på 10 N för att lyfta en vikt på 1kg. Dynamometern är uppbyggd av en fjäder som sträcks olika mycket beroende på vikten som hängs i den. De flesta dynamometrar går inte att använda på tunga föremål. Därför finns en enklare genväg för att ta reda på hur stor kraft som krävs för att lyfta en viss vikt. Om du vet vikten i kilo, multiplicera med 10 så får du kraften. Exempel: Pierre väger 80 kg. Då krävs det en kraft på 80*10=800 N för att lyfta Pierre. Tvärtom: För att lyfta Pierre krävs en kraft på 800 N. Då väger han 800 /10 = 80 kg. 4

5 Formel för tryck Trycket får man genom att dividera tyngden av ett föremål med storleken av den yta (area) som finns mellan föremålet och underlaget. Tryck = Tyngd/arean F P = F/A P x A

6

7 Jämför tryck (p) Kvinna på höga klackar: m = 60 kg F = (m *g) = 600 N A = 1cm 2 /klack (2 klackar = 2cm 2 ) P = 600N / 2cm 2 = 300 N/cm 2 ( Pa) Elefant som har fyra ben: m = 4000 kg F = (m * g) = N A = 2000 cm 2 /fot (4 fötter = 8000 cm 2 ) P = N / 8000 cm 2 = 5 N/cm 2 (50000 Pa) Alltså utövar kvinnan på klackar högre tryck mot golvet än elefanten. Varför? Kan ni lista ut hur formeln ser ut för att räkna ut tryck?

8 Enheten för tryck Alla länder har kommit överens om att tryck ska mätas i Newton per kvadratmeter (N/m 2 ). Denna enhet kallas också för Pascal (Pa) 1 N/m 2 = 1 Pa Enheten Pascal (Pa) är uppkallad efter Blaise Pascal som föddes 1623 i frankrike. Han studerade bl a vattentryck och lufttryck.

9 Lågt tryck på en yta kan vara bra Vissa gånger kan det vara bra att ha kunskapen om tryck för att få lågt tryck på en yta. Om en kompis hamnar i en isvak gäller det att veta hur man ska göra. Om du går på isen kommer tyngden från dina skor att fördela sig som ett tryck på isen. Trycket blir ganska stort då Arean mellan dina fötter är ganska liten. Om du i stället lägger dig ner kommer arean att öka och då minskar trycket från din kropp på isen. Kom ihåg: Kraft / Area. Ju större area desto mindre tryck. Kan du komma på fler tillfällen? 9

10

11

12 Frågor att besvara Ge exempel på en enhet för tryck. Ge exempel på tillfällen då vi i praktiska livet: minskar arean för att få stort tryck, ökar arean för att få litet tryck. Hur högt blir trycket om kraften är 100 N och arean 10 cm 2? Varför är det farligare att vara ute på svag is när du åker skridskor än när du går? En trälåda som väger 200 kg står på en lastkaj. Bottenytan är 4 m 2. Hur stort är trycket på lastkajen. Svara i Pa. En dam i högklackade skor dansar runt på ett golv. Damen väger 60 kg. Hur stort blir trycket mot golvet, om hon låter hela tyngden vila på en klack med arena 2 cm 2? Svara i både N / cm 2. Kurt väger 30 kg. Hans fötter har en sammanlagd area av 100 cm2. Vad blir Kurts tryck mot golvet? Hur stort blir trycket om Kurt ställer sig på ett ben 12

13

14

15 Marianergraven Challengerdjupet ligger m under havsytan. Regissören James Cameron besökte Marianergraven i Mars 2012 Han har producerat filmer som Avatar och Titanic. Trycket på detta djup är enormt. Marianergraven 15

16 Titanic Hur Titanic sjönk, film När forskare skulle försöka nå Titanic insåg de att det var väldigt svårt att nå farkosten i och med djupet den låg på. Några av de obemannade U-båtar som användes till att förstå vad som hänt med Titanic trycktes ihop så pass mycket att de nästan var helt obrukliga efter deras färd ner till Titanic. Trycket är stort där Titanic ligger på 3700m djup, ca 500 kg/cm2. 16

17 Tryck i vätskor När du dyker ner i vattnet kan det göra ont i öronen. Det är vattnet som trycker på din trumhinna. Ju längre ner du kommer desto större känns trycket. Detta beror på att vatten väger och ju längre ner du kommer desto mer vatten har du över dig som trycker på dig. Trycket påverkar dig lika mycket överallt, vilket inte är konstigt då du har vatten helt runtomkring dig.

18

19 Hur djupt kan man dyka? Den allra djupaste bemannade dykningen skedde 1960, då schweizaren Jacques Piccard och amerikanen Donald Walsh tog sig ner till drygt meters djup i Challengerdjupet i en så kallad batyskaf (se Allt om Vetenskap ). För så kallad scuba-dykning är rekordet 318,25 m, satt av sydafrikanen Nuno Gomes När det gäller fridykning, alltså dykning med så mycket luft man kan få med sig i ett enda andetag, finns det en internationell organisation vid namn AIDA som stöds av många fridykare. Deras officiella rekord i klassen No Limits hålls av österrikaren Herbert Nitsch och lyder på 172 m och är satt utanför Kroatien. Han var då under vattnet i 3 minuter och 45 sekunder.

20 Dykarsjuka Vad är det? Dykarsjuka är en sjukdom som kan drabba både människor och djur som har blivit satta under tryck och sedan går tillbaka till mindre tryck igen. T.ex. dykare och gruvarbetare. Den kan visa sig i form av milda symptom, såsom trötthet, kliande och "skinrash". Eller som mer seriösa symptom som t.ex. ovanlig svaghet, yrhet, smärta i leder, medvetslöshet och död. Varför händer det? När man trycksätter kroppen så bildas små bubblor i blodomloppet Är man dock under tryck för länge och har en för snabb uppstigningshastighet. Då hinner inte kroppen "vädra ur" dessa bubblor utan de blir istället större utav tryckminskningen. Dessa bubblor samlas och bildar ännu större bubblor tillsammans. Detta leder till problem som kan vara livshotande.

21 Högt tryck under vatten En ubåt som dyker ner långt måste vara väldigt tålig. Inuti ubåten finns ett tryck som pressar på båtens skrov inifrån. När båten dyker ner på djupt vatten kommer vattnets tryck att vara väldigt stort på skrovet utifrån. Om utanförtrycket blir för stort så kommer trycket från båtens inre inte orka hålla emot och båten kommer att knyckla ihop sig. Det är detta som händer vid katastrofer då ubåtarna sjunkit ner för djup utan att ha förmåga att ta sig upp.

22 Vad är densitet nu igen? Densitet handlar om hur tätt ett ämne är. Ju tätare atomerna är packade, desto större densitet. Tänk dig att du har en vanlig tärning och att du kan öppna den med ett litet lock upptill. Tärningen är ihålig. En vanlig tärning är 1 cm 3 stor. Det betyder att varje sida på tärningen är 1 cm lång. Om du exempelvis häller i vatten i tärningen och sedan väger den, då kommer du upptäcka att den väger 1g. Densiteten för vatten är alltså 1 g / cm 3. Alltså är densitet: Vad väger en liten kubikcentimeter av ämnet (massan/volym).

23 Ämnen har olika densitet Tänk dig att du har 1dm 3 av några olika ämnen t ex järn, vatten, trä och luft. Trots att volymen av de olika ämnena är lika så väger de inte lika mycket. Ämnena innehåller olika mycket materia, de har olika densitet (massa/volym). Järn 7,9 kg/ dm3 Vatten 1 kg/dm3 trä 0,5 kg/ dm3 luft 0,0013 kg/ dm3

24 Uppgift: Tag reda på fem olika ämnens densitet och skriv ner i din no-bok. Fundera på om de olika ämnena skulle sjunka eller flyta om du lägger/häller ner dem i vattnet. Vad är det som avgör om ett ämne flyter eller sjunker? 24

25 Flyta eller sjunka densiteten avgör 1 dm 3 JÄRN 7,8 kg 1 dm 3 VATTEN 1 kg 1 dm 3 TRÄ 0,5 kg

26 Flyta eller sjunka densiteten avgör Trä flyter 1 dm 3 TRÄ 0,5 kg Järn sjunker 1 dm 3 JÄRN 7,8 kg Föremål flyter om det har lägre densitet än vätskan och sjunker om det har högre densitet än vätskan.

27 Flyta eller sjunka densiteten avgör Tydligen sjunker järn. Varför flyter järnbåtar då?

28 Demonstration ägget Vad ser du? Vad tänker du? Vad undrar du? 28

29 Vätskans densitet avgör hur stort trycket blir. Ju högre densitet vätskan har, desto större är lyftkraften från vätskan. Saltvatten har högre densitet än sötvatten och därför är lyftkraften från saltvattnet större än i vanligt vatten. Det är därför som du flyter lättare i Döda havet. Att lyfta tungt under vattnet är lätt eftersom vattnet hjälper till att lyfta stenen. Vi säger att stenen påverkas av en lyftkraft från vattnet.

30 Arkimedes princip Lyftkraften på ett föremål är lika stor som tyngden av den vätska föremålet tränger undan.

31

32

33 Vattentorn Vattentorn - kommunicerande kärl

34 Frågor att besvara Hur förändras trycket när du dyker ner djupare i en bassäng? En dykare befinner sig under vattnet. Var är trycket på dykaren störst, på ryggen eller magen? Varför är det lättare att lyfta ett föremål i vatten än i luft? Vad krävs för att ett föremål ska flyta på en vätska? Vad innebär Arkimedes princip? Vad är ett kommunicerande kärl? Vart kan principen användas?

35

36 Vad är lufttryck? Runt jordklotet finns det ett luftlager som kallas atmosfären. Eftersom man inte kan se luften kan man tro att den inte väger någonting. Det ungefär 10 mil tjocka lagret av luft har en massa som är mycket stor. Luftens tyngd gör att luften trycker på jordytan. Det är det tryck som kallas lufttryck. Ju högre upp i atmosfären du kommer, desto mindre luft finns det ovanför dig. Lufttrycket minskar ju högre upp i atmosfären du kommer. Precis som i en vätska är trycket i luft lika stort i alla riktningar dvs du påverkas av lika stort lufttryck på huvudet som på magen.

37 Så mäts lufttrycket Lufttryck mäts med hjälp av en sk barometer. Lufttrycket varierar från plats till plats och från dag till dag. Normalt luftryck vid havsytan är 1013 hpa (eller i gamla mått 1013 millibar). Det motsvarar 10 N/cm 2. Det betyder att en 1cm 2 stor luftpelare från jordytan och ut till atmosfärens yttre gräns har tyngden 10 N = 1kg. Lufttrycket sjunker ju högre upp du är i atmosfären. Trycket sjunker med 1 hpa (100 Pa) var åttonde meter.

38 Övertryck När trycket i en behållare är högre än lufttrycket säger man att det är övertryck. Cykeldäck, ballonger och sprayflaskor är exempel på behållare med övertryck.

39 Tryck i cykeldäck I ett cykeldäck måste trycket var mycket högre än lufttrycket för att det ska vara lätt att cykla. Inuti däcket finns luftmolekyler som rör sig fritt och krockar med varandra. Däcket utsätts för ett tryck. Ju mer luft man pumpar in i däcket ju fler molekyler finns som kan krocka med däcket. Trycket ökar. Om du får punktering pyser luften ut och trycket minskar och blir lika stort innanför som utanför. Molekylernas hastighet påverkas av temperaturen. Ju varmare temperatur ju högre fart på molekylerna och trycket blir högre.

40 Undertryck Om du håller i ett paket kaffe så är det ganska fast och hårt. När man klipper upp paketet pyser det till. Kaffet är vakuumförpackat. Nästan all luft har sugits ut och det skapas ett undertryck, trycket i förpackningen är lägre än lufttrycket. Många förpackningar i affären har vakuum i sig. Det betyder att man sugit ut luftens molekyler. Utan luftens molekyler har maten svårt att bli dålig. Ett annat sätt att skapa undertryck i en behållare är att sänka gasens temperatur. Då rör sig molekylerna långsammare och trycket sjunker.

41 Hur kan flygplan flyga?

42 Konsten att flyga. Det har tagit lång tid för människan att lära sig konsten att flyga. Den första kontrollerade flygturen gjordes 1903 av amerikanen Orville Wright. Hur kan egentligen jättestora flygplan flyga? Flygplansvingar är formade på ett speciellt sätt. När planet flyger vill man att luften som passerar vingarna ska göra det snabbare på översidan än undersidan av vingen. Det kommer att resultera i att det kommer att finnas mindre luft ovanför vingen än under och luften kommer då pressa på underifrån mer, vilket gör att planet flyger.

43

44 Frågor att besvara Hur förändras luftrycket om du klättrar upp till toppen av världens högsta berg? Vad heter instrumentet som vi mäter lufttryck med? Vad är normalt lufttryck? Vad menas med övertryck? Ge exempel. Varför sänks trycket i en behållare om du kyler behållaren? Vad menas med undertryck? Ge exempel. Ett flygplan kör framåt på en startbana. Efter en stund lyfter planet, hur är det möjligt? Vad innebär lågtryck och högtryck?