Tryck. fredag 31 januari 14

Transkript

1 Tryck

2 Trycket är beroende av kraft 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.

3 Vad var 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 Ett exempel En vikt med massan 1 kg hänger i en dynamometer. Vi säger att vikten har tyngden 10 N. När vikten placeras på ett bord säger vi att den påverkar bordet med en kraft av 10 N. Denna kraft är dock fördelad över en yta som är lika stor som botten på vikten. Låt oss säga att bottenarean är 5 cm 2. Då blir trycket enligt formlen: Kraft/ Area = 10 N / 5 cm 2 = 2 N per cm 2. Om vi istället för kvadratcentimeter använder kvadratmeter ( m 2 ) så blir trycket N/m 2. Det är samma sak som en pascal(pa) Ett vanligt papper på ett bord ger ungefär trycket 1 pascal på bordet. En pascal är ganska litet och därför använder vi ofta hektopascal (hpa) eller kilopascal (kpa)

5 Tryck på en yta En del av er kanske har olika typer av trägolv hemma. De kan vara av olika träslag. Vissa träslag tål mer tryck än andra innan man ser märken. Det kanske känns självklart att ett par klackskor ger märken i golvet när inte ett par gymnastikskor gör det. Det beror på att klackens yta är så mycket mindre än vad gymnastikskon är, trots att de kanske bärs av samma person ibland. Trycket beror på formeln: Kraft / Area. I det här fallet är ju kraften lika stor om det är samma person som bär skorna, men arean på den delen av skon som träffar golvet är ju annorlunda. Ju mindre area, desto högre tryck. Ett annat exempel på liten yta är yxor, spikar och nålar. De har väldigt liten area för att trycket ska bli så stort som möjligt så de kan tränga in i ytan de ska sättas i.

6 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.

7 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 och i kpa.

8 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. Vätskans densitet avgör hur stort trycket blir. Saltvatten har större densitet än sötvatten och då kommer trycket kännas större i saltvatten.

9 Vad är densitet nu igen? Densitet handlar om hur tätt ett ämne är. 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.

10 Flyta eller sjunka densiteten avgör När du slänger något i vattnet kommer det antingen flyta eller sjunka. Det har att göra med vätskans och föremålets densitet och lyftkraft. Om föremålet du slänger i sjön har lägre densitet än vatten, då kommer det att flyta. Om det har högre densitet än vatten, då sjunker det. Ett annat sätt att se på det är att vätskans lyftkraft måste vara större än föremålets tyngd för att det ska kunna flyta. Exempelvis flyter en kork på vattnet. Det beror på att kork har lägre densitet än vatten och då kommer också vattnets lyftkraft att vara större än korkens tyngd.

11 Hur mäter man densitet på fasta ämnen och vätskor? Densitet handlar om hur mycket en liten kubikcentimeter av ett ämne väger. För att mäta densitet på ett fast ämnen skulle man behöva veta exakt volym av ämnet. För att det ska vara enkelt använder vi vätskor till vår hjälp. Om vi lägger en fast bit av något i en mätglas kan vi se hur mycket vattenytan höjs. 1 ml = 1 cm3 Vi kan sedan mäta ämnets massa på en våg. Genom att dividera volymen som ändrades i mätglaset med massan så får vi densiteten. Vätskor kan vi kontrollera på samma sätt, genom att väga en viss volym.

12 Frågor att besvara Hur förändras tycket när du dyker ner djupare i en bassäng? En dykare befinner sig under vattnet. Var är tycket 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? Ett föremål hänger i en dynamometer. Den visar då 1,2 N. När föremålet sänks ner i ett mätglas så stiger vattenytan från 60 ml till 90 ml. a) Beräkna föremålets densitet. b) Hur stor är lyftkraften?

13 Tryck i gaser Runt jorden finns ett lufthölje vi kallar atmosfär. Luften trycker på jordytan på grund av sin tyngd, luft väger alltså. Ju högre upp vi kommer i atmosfären desto mindre blir lufttrycket. Luften trycker på oss lika mycket överallt, precis som i vattnet. Luftens tryck mäts med en barometer. Enheten för luftryck är hpa. (hektopascal). En annan enhet för lufttryck är millibar(mbar) Det är samma sak som hektopascal. Normalt lufttryck på jordytan brukar man säga ligger på 1013 hpa. När man kommer högre upp i atmosfären sjunker lufttrycket.

14 Lufttryck gör det möjligt att 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.

15 Alla gaser kan ge tryck I en gas rör sig molekylerna som bygger upp gasen fritt. Trycket i en behållare exempelvis beror på att molekylerna far runt och krockar med behållarens väggar. Man kan säga att trycket är ett mått på hur mycket molekylerna rör sig. Om temperaturen höjs ökar rörelserna och även trycket. Om temperaturen sjunker, minskar rörelserna och även trycket. Om volymen minskar kommer ju molekylerna att ha mindre plats inne i behållaren. Då kommer ju också de att krocka mer med väggarna och trycket kommer att öka.

16 Övertryck Behållare som förvarar gas kallas gasflaskor. Gasolflaskor och syreflaskor på sjukhus är exempel på detta. I en sådan flaska har man lyckats pressa in väldigt mycket gas på ett litet område, det skapas ett övertryck. Trycket i flaskan blir mycket högre än det omgivande luftrycket. En sådan flaska är väldigt känsliga för höjda temperaturen då det inte finns utrymme för särskilt mycket större tryck i flaskan. Den kan explodera.

17 Tryck och astronauter Vi människor har ett tryck inuti kroppen. Varje liten cell har ett tryck som pressar på inifrån och ut. Trycket inuti kroppen är dock lika stort som luftens tryck på vår kropp utifrån. Ibland är det ju lägre och högre luftryck men dessa skillnader spelar ingen roll. Astronauter inuti sin rymddräkt har ett normalt kroppsligt tryck i sig. Utanför dräkten, ute i rymden är trycket inte alls lika stort som på jorden. Om dräkten går sönder kommer kroppens inre tryck att vara mycket större än trycket utanför, kroppen kommer att explodera.

18 Tvärtom fast samma 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 i mot 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.

19 Ubåten handlar om undertryck Om man skulle suga ur molekylerna ur en gasflaska så bildas ett vakuum i flaskan. Ett vakuum är i princip ingenting. Detta betyder att trycket i flaskan kommer nästan att vara obefintligt. Det är väldigt lätt att flaskan trycks ihop då av lufttryckets tyngd. Den måste vara tillräckligt stark för att stå emot. Ett annat sätt att skapa undertryck är att sänka temperaturen på gasen i flaskan så att molekylernas rörelse minskar. Då minskar ju också trycket. 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.

20 Frågor att besvara Vad kallas ett instrument som vi mäter luftryck med? Vilken enhet används vanligen i dag när vi mäter luftryck? Hur högt är normalt luftryck vid havsytan? Hur förändras luftrycket om du klättrar upp till toppen av världens högsta berg? Vad menas med övertryck? Varför sänks trycket i en behållare om du kyler behållaren? Ett flygplan kör framåt på en startbana. Efter en stund lyfter planet, hur är det möjligt?