7. TRYCK. Spektrum Fysik Lärarhandledning Författaren och Liber AB

Transkript

1 facit och kommentarer TESTA DIG SJÄLV, FINALEN OCH PERSPEKTIV 483

2 7. T RYCK FACIT TILL TESTA DIG SJÄLV Testa dig själv 7.1 Förklara begreppen kraft Skapar eller motverkar en rörelse och mäts i newton (N). tryck Kraft fördelad på en yta. pascal Enhet för tryck, lika med 1 N/m2. hektopascal Vanlig enhet att mäta tryck i. 1. a) Sprutor, knivar och nålar b) Skidor och snöskor 2. Skridskoskenans area mot isen är mycket liten. Därför blir trycket på isen stort. Om du har skor blir arean större och trycket på isen minskar N/cm Pa 5. a) N (10 200) b) Pa (2 000/1) 6. För att minska trycket från jordbruksmaskiner ökar man storleken på den yta som ligger mot marken. 7. a) 6 N b) 6 N c) Trycket är störst när flaskan är upp- och nervänd. d) 0,2 N/cm2 = Pa = 2 kpa e) 1,2 N/cm2 = 12 kpa (Uppgift 8 10 endast grundboken) N 9. Boken väger ca 900 g och omslaget har måtten 20 cm x 25 cm. Bokens tyngd är 9 N och omslagets area är ungefär 500 cm2. Trycket är 9/500 N/cm2 = 1,8 N/dm2 = = 180 N/m2 = 180 Pa 0,2 kpa. 10. Damens tryck mot golvet är 600/4 N/cm2 = 150 N/cm2 = N/dm2. Elefantens tryck är /80 N/dm2 = 625 N/dm2. Damens tryck utsätter alltså golvet för ett tryck som är 24 gånger så stort som elefantens. 484

3 7. T RYCK Testa dig själv 7.2 Förklara begreppen densitet Beskriver hur sammanpackat ett ämne är. manometer En tryckmätare. arkimedes princip Talar om att lyftkraften hos en vätska är lika stor som tyngden av den undanträngda vätskan. lyftkraft Ett föremål som är nedsänkt i en vätska känns lättare. Det beror på att den påverkas av en lyftkraft av vattnet. kommunicerande kärl Två eller flera vätskebehållare som står i förbindelse med varandra. 1. Ju djupare man kommer ner i vattnet, desto större blir trycket. 2. Trycket är lika stort på näsan och på öronen. 3. De används i livmedelsindustrin för att läsa av mängden vatten i en tank och de används i vattentorn för att få vattentillförsel till bostäder. 4. Saltvatten har högre densitet än vanligt vatten. Därför är lyftkraften större i saltvatten. 5. a) Jordens dragningskraft och vattnets lyftkraft. b) De två krafterna är lika stora. 6. a) 140 g b) Föremålet påverkas av vattnets lyftkraft. c) 0,25 N 7. Vattentorn placeras så högt att vattenytan inuti befinner sig högre upp än alla byggnader runt omkring. Trycket i våra kranar bildas eftersom vattnet i alla rör strävar efter att nå samma höjd som vattenytan i vattentornet. (Uppgift 8 9 endast grundboken) 8. a) 4 g/cm3 b) 0,3 N 9. Det beror på att isens densitet är 90 % av vattnets densitet, vilket innebär att det undanträngda vattnets volym måste vara 90 % av isens volym för att uppnå tillräcklig lyftkraft. 485

4 7. T RYCK Testa dig själv 7.3 Förklara begreppen lufttryck Det tryck som luftens tyngd skapar. vakuum I vakuum finns ingen luft. barometer Instrument som mäter lufttryck. hektopascal Vanlig enhet att mäta tryck i och då speciellt lufttryck. övertryck Ett tryck som är högre än lufttrycket. undertryck Ett tryck som är lägre än lufttrycket. 1. Atmosfären hpa eller 760 mm Hg. 3. Det sjunker med 1 hpa för var åttonde meter man kommer uppåt. 4. Det är ett tryck som är större än lufttrycket hpa 6. När temperaturen sjunker så rör sig molekylerna långsammare. Färre molekyler träffar däckets insida och därför sjunker trycket. 7. Flygplanet lyfter bland annat för att det uppstår en tryckskillnad mellan vingens ovan- och undersida. Övertrycket på vingens undersida trycker vingen uppåt. (Uppgift 8 9 endast grundboken) mm Hg = hpa. Det innebär att 1 hpa = 0,75 mm Hg. På m höjd är trycket hpa 1 200/8 hpa = 863 hpa. Det motsvarar 863 0,75 mm Hg 647 mm Hg. 9. Den sammanlagda arean var cm2. På varje kvadratcentimeter verkar kraften 10 N på grund av lufttrycket. Om vi förutsätter att all luft pumpas bort så blir den sammanlagda kraften på klotet N. Varje häst måste då dra med kraften /16 N = N. 486

5 7. TRYCK 7. TRYCK PERSPEKTIV PERSPEKTIV TRYCKET I KROPPEN Trycket i kroppen Hjärtat skapar tryck i blodet. Lungorna och omkringliggande muskler påverkar trycket hos 120 genom 60 luften vi andas. När vi Blodtrycket är 120/60 mm Hg, kissar skapar urinblåsan säger läkare varje dag till den ett tryck som pressar som är ung och frisk. Enheten ut urinen. Tryck av olika slag är alltså nödvän- Det första talet anger trycket uttalas millimeter kvicksilver. digt i våra kroppar för som skapas i blodet när hjärtmuskeln pumpar ut blodet och att vi ska fungera och må bra. Grundenheten det andra talet anger trycket för tryck är pascal (Pa), då hjärtat vilar. men den enheten används nästan aldrig inom sjukvården. 1. Känner du till något annat sammanhang där enheten Har du hört talas om mm Hg används? enheten pascal? 2. Varför tror du att enheten mm Hg används istället för grundheten pascal (Pa)? Vi andas med ett visst tryck Lungornas sätt att fungera mäts på olika sätt, bland annat vilket lufttryck vi klarar att skapa när vi andas ut respektive andas in. På sjukhus mäts det här trycket i enheten cm H 2 O. Det uttalas centimeter vatten. Det är en liknande enhet som mm Hg, men här används vatten istället för kvicksil- Varför mäts inte andnings- ver. När en patient måste få hjälp tryck på samma sätt som att andas med en så kal lad respirator, då måste personalen ställa enheten mm Hg? blodtryck, det vill säga i in trycket i cm H 2 O. Mäta tryck för bättre hjälpmedel? Bättre utformade skor, smartare proteser eller skonsammare rullstolar det utvecklas allt fler hjälpmedel. Det är viktigt att hjälpmedlen utformas på bästa sätt så att de inte Försök hitta bakgrunden vållar skada eller obehag hos patienterna. till tryckenheten PSI. För att inte huden ska ta skada av högt tryck under för lång tid använder man mätutrustning som mäter trycket på huden. En del mätutrustning använder enheten PSI istället för grundenheten pascal (Pa). Vi kissar med tryck Urinblåsan pressar vätskan ur blåsan med ett visst tryck. Den som är frisk och pressar på med all kraft skapar ett tryck på cirka kilopascal (kpa). Men när besvär uppkommer och läkarna bestämmer sig för att mäta trycket i urinblåsan använder de enheten centimeter vatten. 1. Varför tror du att man använder så många olika enheter för att mäta tryck i kroppen? 2. Vilka problem tror du läkare och patienter kan råka ut för när det finns många olika enheter? 3. Hur tycker du att man borde lösa problemen? PERSPEKTIV - TRYCKET I KROPPEN Tryck är ett relevant begrepp i samband med så väl vätskor, gas som fasta material. En följd av det är att tryck används inom olika ämnesområden och branscher. Gummiverkstaden använder tryck på sitt sätt, medan läkarna använder det på sina sätt. Här är därför ett bra tillfälle att diskutera hur ny kunskap växer fram inom olika verksamheter och hur det påverkar utvecklingen av instrument och verktyg, speciellt tidigare när det inte var lika lätt att sprida information som det är nu. En intressant, om än hypotetisk fråga man kan ställa är: Om begreppet tryck inklusive mätenhet skulle införas i dag, skulle samma enheter då användas inom alla olika verksamhetsområden? Viktigt att försöka fånga upp är att en förklaring till att olika enheter har skapats och används, är att människor i sina yrken alltid vill att det ska vara lätt att läsa av ett mätvärde och det ska vara lätt att hantera de uppmätta värdena. Har du hört talas om enheten pascal? Eftersom eleverna förmodligen arbetat med kapitlet Tryck under några veckor innan ni kommer fram till Perspektiv, så bör de känna till enheten pascal. Men det är nog ingen enhet som människor i allmänhet känner till. Varför mäts inte andningstryck på samma sätt som blodtryck, det vill säga enheten mm Hg? Sannolikt är förklaringen att varje yrkesgrupp har skapat en egen enhet, dvs. härlett en egen enhet som innebär att de mätvärden som förekommer blir enkla tal att hantera. Utöver det finns det kulturella skillnader i hur SI-enheterna har anammats i olika delar av världen. En sökning på PSi på Google ger direkt bilden av en rejäl enhetsröra. Känner du till något annat sammanhang där enheten mm Hg används? Exempelvis när det gäller att mäta lufttrycket. Normalt lufttryck är 760 mm Hg. Varför tror du att enheten mm Hg används istället för grundheten pascal (Pa)? En förklaring är att det ger hanterliga mätvärden, men framför allt till följd av att Torricelli just använde kvicksilver i den första lufttrycksmätaren. 487

6 Försök hitta bakgrunden till tryckenheten PSI Vi hittar förklaringen t.ex. via Google, bokstäverna i förkortningen representerar typiskt amerikanska enheter: P = Pound force, SI = Squareinch och tillsammans blir det Pounds per Squareinch. Varför tror du att man använder så många olika enheter för att mäta tryck i kroppen? För att medicinsk personal vill ha mätetal som är enkla att hantera och kommunicera. Sannolikt har läkare historiskt föredragit att som exempel prata om ett andningstryck på 15 cm Hg snarare än Pa. Vilka problem tror du läkare och patienter kan råka ut för när det finns många olika enheter? Kanske några elever reflekterar över att man inte får bra fingertoppskänsla för vad tryck handlar om eftersom det mäts i så många olika enheter. För de flesta av oss blir det med många olika enheter lätt bara mätetal, ingen verklighetsförankring. Hur tycker du att man borde lösa problemen? Intressant att höra om elever ser fördelar med att använda samma enhet å ena sidan, och samtidigt ser styrkan med all inarbetad erfarenhet med de nuvarande enheterna å andra sidan. Det senare talar ju starkt mot att gå över till en gemensam tryckenhet. 488

7 FACIT TILL FINALEN 1. 1 D Tryck mäts i pascal 2 F Densitet mäts i g/cm 3 3 G I vatten påverkas vi av en lyftkraft 4 B Undertryck innebär ett lägre tryck än lufttrycket 5 A I vakuum är det helt lufttomt 6 H Lufttryck mäts med en barometer 7 C Atmosfären är ett lufthölje runt jorden 8 E Tyngd beror på jordens dragningskraft 2. Alternativ D (+ ev. Alternativ B beroende på hur man tolkar båtens densitet.) 3. Stenen på jorden utsätter marken för störst tryck. Förklaringen är att tryck är kraft fördelad på en yta. Och kraft är i sin tur resultatet av stenens massa och den dragningskraft massan utsätts för. Jordens dragningskraft är större än månens, vilket ger en större kraft från stenen, vilket i sin tur ger ett större tryck. 4. Alternativ C 5. Isak skulle inte behöva vara rädd, tvärtom. Ju vassare nålen är, desto mindre smärta när nålen ska föras in genom huden. Med mindre area i nålspetsen krävs det mindre kraft. Dessutom är sannolikheten att träffa en nervcell mindre med en vass nål på sprutan. 6. Alternativ C a) Förklaringen är att Johannes använder sambandet mellan kraft och yta, och räknar ut trycket. Högst värde ger högst tryck. b) Det uppstår alltid ett visst mätfel både då klossarnas massa respektive klossarnas bottenarea ska mätas. Därför är det klokt att göra exempelvis tre mätomgångar och sedan räkna ut medelvärdet av de tre slutresultat man fått fram. 7. a) Ballongen blir större och större, eftersom det omgivande trycket sjunker. Då får luftens molekyler i ballongen mer plats att breda ut sig. b) Nu händer det omvända, ballongens volym minskar, eftersom atomerna i ballongen tar mindre plats. De tar mindre plats till följd av att lägre temperatur får atomerna att röra sig mindre. Deras rörelse kräver mindre volym. 8. a) Vattnet i bägaren påverkas av lufttrycket. När provröret sänks ner i bägaren kommer även vattnet i provröret att påverkas av lufttrycket. Det innebär att vattnet inte rinner ut i bägaren, eftersom lufttrycket håller det tillbaka. b) Barometern 9. Lufttrycket sjunker med cirka 1 hpa var åttonde meter. Om höjden ökar med m minskar därför lufttrycket med 1 000/8 hpa = 125 hpa. Lufttrycket på Åreskutans topp är då ( ) hpa = 850 hpa. 489

8 10. a) Massan förändras inte alls eftersom det är lika många atomer hela tiden. b) Storleken ökar eftersom det omgivande lufttrycket sjunker. c) Trycket i ballongen kommer att sjunka, eftersom ballongens volym kommer att öka. 11. Temperaturen är lägre jämfört med när den pumpades. Det medför att atomerna inte rör sig lika häftigt inne i madrassen, viken i sin tur innebär att madrassens volym minskar något. 12. Vattnets lyftkraft är (0,45 0,30) N = 0,15 N. Det är lika med tyngden av det undanträngda vattnet. Massan av det undanträngda vattnet är alltså 15 g. Eftersom vattnets densitet är 1 g/cm 3 så är volymen av det undanträngda vattnet 15 cm 3. Samma volym har stenen. Eftersom dynamometern i luft visar 0,45 N så är stenens massa 45 g. Vi får då att stenens volym är 45/15 g/cm 3 = = 3 g/cm