U-putkimanometri: paine-ero korkeudesta
1 · Ennusta
U-muotoinen putki pitää vettä eri korkeuksilla kummallakin puolella, molemmat päät avoimia ilmalle. Mikä määrää paine-eron kahden pylvään välillä?
- Paine-ero riippuu putken kokonaisvesimäärästä.
- Paine-eroa ei ole, kunhan molemmat puolet ovat avoimia ilmalle.
- Paine-ero riippuu vain korkeuserosta kahden puolen välillä.
2 · Kokoa
- Avaa fluid-utube-esiasetus ja paina Nollaa. Vesi on eri tasoilla U-putken vasemmalla ja oikealla puolella.
- Ota käyttöön paine-eron lukema.
- Aseta vasen ja oikea vesikorkeus jokaiselle suoritukselle ja kirjaa paine-eron lukema.
3 · Kerää data
| Vasen korkeus h_L (m) | Oikea korkeus h_R (m) | Paine-ero ΔP (Pa) |
|---|---|---|
| 0.10 | 0.16 | |
| 0.08 | 0.20 | |
| 0.05 | 0.22 |
Kuvaa ΔP (y-akseli) korkeuseroa h_R − h_L vasten (x-akseli) kolmelle suorituksellesi. Onko viiva suora?
4 · Analysoi
- Yhdelle suoritukselle laske ΔP = ρg(h_R − h_L) käyttäen veden tiheyttä 1000 kg/m³ ja g = 9.8 m/s² ja vertaa sitä lukemaan.
- Kolme suoritustasi käyttää eri absoluuttisia korkeuksia mutta samaa kuviota. Selitä, miksi ΔP riippuu vain korkeuserosta, ei siitä, kuinka täynnä putki on kokonaisuudessaan.
5 · Laajenna
- Elohopeabarometri käyttää samaa periaatetta, mutta elohopealla (tiheys 13 600 kg/m³) veden sijaan. Samalla korkeuserolla olisiko paine-ero suurempi vai pienempi kuin vedellä? Suunnilleen millä kertoimella?
- Sukeltajat tuntevat paineen kasvavan syvemmin mentäessä. Käytä kaavaa ΔP = ρgΔh selittääksesi, miksi paine 10 m:n syvyydessä on suunnilleen kaksinkertainen paineeseen 5 m:ssä nähden.
Tämän kokeen fysiikka
Hydrostaattinen paine
Paine fluidissa kasvaa lineaarisesti syvyyden mukaan: P = ρgh. U-putkessa, joka on avoin ilmalle molemmista päistä, kahden pylvään välinen paine-ero tulee kokonaan niiden korkeuserosta.