Manometr z U-trubice: rozdíl tlaků z výšky
1 · Predikuj
Trubice ve tvaru U drží vodu v různých výškách na každé straně, na obou koncích otevřená do vzduchu. Co určuje rozdíl tlaků mezi dvěma sloupci?
- Rozdíl tlaků závisí na celkovém množství vody v trubici.
- Není žádný rozdíl tlaků, pokud jsou obě strany otevřené do vzduchu.
- Rozdíl tlaků závisí jen na rozdílu výšek obou stran.
2 · Sestavení
- Otevři předvolbu fluid-utube a stiskni Resetovat. Voda stojí v různých hladinách na levé a pravé straně U-trubice.
- Zapni odečet rozdílu tlaků.
- Nastav levou a pravou výšku vody pro každý pokus a zapiš odečet rozdílu tlaků.
3 · Sbírej data
| Levá výška h_L (m) | Pravá výška h_R (m) | Tlakový rozdíl ΔP (Pa) |
|---|---|---|
| 0.10 | 0.16 | |
| 0.08 | 0.20 | |
| 0.05 | 0.22 |
Vynes ΔP (osa y) proti rozdílu výšek h_R − h_L (osa x) pro své tři pokusy. Je čára přímá?
4 · Analyzuj
- Pro jeden pokus spočti ΔP = ρg(h_R − h_L) s hustotou vody 1000 kg/m³ a g = 9.8 m/s² a porovnej s odečtem.
- Tvé tři pokusy používají různé absolutní výšky, ale stejný vzorec. Vysvětli, proč ΔP závisí jen na rozdílu výšek, ne na celkovém naplnění trubice.
5 · Rozšiř
- Rtuťový barometr používá tentýž princip, ale s rtutí (hustota 13 600 kg/m³) místo vody. Byl by při stejném rozdílu výšek rozdíl tlaků větší, nebo menší než s vodou? Zhruba kolikrát?
- Potápěči cítí růst tlaku, čím hlouběji jdou. Použij ΔP = ρgΔh a vysvětli, proč je tlak v 10 m pod vodou zhruba dvojnásobek tlaku v 5 m.
Fyzika za tímto experimentem
Hydrostatický tlak
Tlak v tekutině roste lineárně s hloubkou: P = ρgh. V U-trubici otevřené do vzduchu na obou koncích pochází rozdíl tlaků mezi sloupci celý z jejich rozdílu výšek.