U-μανόμετρο: Διαφορά πίεσης από ύψος
1 · Πρόβλεψε
Ένας σωλήνας σε σχήμα U κρατεί νερό σε διαφορετικά ύψη σε κάθε πλευρά, ανοιχτός στον αέρα και στα δύο άκρα. Τι καθορίζει τη διαφορά πίεσης μεταξύ των δύο στηλών;
- Η διαφορά πίεσης εξαρτάται από τη συνολική ποσότητα νερού στον σωλήνα.
- Δεν υπάρχει διαφορά πίεσης όσο και οι δύο πλευρές είναι ανοιχτές στον αέρα.
- Η διαφορά πίεσης εξαρτάται μόνο από τη διαφορά ύψους μεταξύ των δύο πλευρών.
2 · Διάταξη
- Άνοιξε την προεπιλογή fluid-utube και πάτησε Επαναφορά. Το νερό κάθεται σε διαφορετικά επίπεδα στις αριστερές και δεξιές πλευρές του U-σωλήνα.
- Ενεργοποίησε την ένδειξη διαφοράς πίεσης.
- Ρύθμισε τα αριστερά και δεξιά ύψη νερού για κάθε δοκιμή και κατέγραψε την ένδειξη διαφοράς πίεσης.
3 · Συλλογή Δεδομένων
| Αριστερό ύψος h_L (m) | Δεξί ύψος h_R (m) | Διαφορά πίεσης ΔP (Pa) |
|---|---|---|
| 0.10 | 0.16 | |
| 0.08 | 0.20 | |
| 0.05 | 0.22 |
Χαράξε το ΔP (άξονας y) έναντι της διαφοράς ύψους h_R − h_L (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου. Είναι η γραμμή ευθεία;
4 · Ανάλυση
- Για μία δοκιμή, υπολόγισε ΔP = ρg(h_R − h_L) χρησιμοποιώντας πυκνότητα νερού 1000 kg/m³ και g = 9.8 m/s², και σύγκρινέ την με την ένδειξη.
- Οι τρεις δοκιμές σου χρησιμοποιούν διαφορετικά απόλυτα ύψη αλλά το ίδιο σχήμα. Εξήγησε γιατί το ΔP εξαρτάται μόνο από τη διαφορά ύψους, όχι από το πόσο γεμάτος είναι ο σωλήνας συνολικά.
5 · Επέκταση
- Ένα βαρόμετρο υδραργύρου χρησιμοποιεί την ίδια αρχή αλλά με υδράργυρο (πυκνότητα 13.600 kg/m³) αντί για νερό. Για την ίδια διαφορά ύψους, θα ήταν η διαφορά πίεσης μεγαλύτερη ή μικρότερη από με νερό; Κατά περίπου ποιον παράγοντα;
- Οι δύτες νιώθουν την πίεση να μεγαλώνει όσο πιο βαθιά πηγαίνουν. Χρησιμοποίησε το ΔP = ρgΔh για να εξηγήσεις γιατί η πίεση στα 10 m κάτω από το νερό είναι περίπου διπλάσια της πίεσης στα 5 m.
Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα
Υδροστατική πίεση
Η πίεση σε υγρό μεγαλώνει γραμμικά με το βάθος: P = ρgh. Σε U-σωλήνα ανοιχτό στον αέρα και στα δύο άκρα, η διαφορά πίεσης μεταξύ των δύο στηλών προέρχεται εξ ολοκλήρου από τη διαφορά ύψους τους.