U-trubicový manometer: rozdiel tlakov z výšky
1 · Predikuj
U-tvarovaná trubica drží vodu v rôznych výškach na každej strane, otvorená do vzduchu na oboch koncoch. Čo určuje rozdiel tlakov medzi dvoma stĺpcami?
- Rozdiel tlakov závisí na celkovom množstve vody v trubici.
- Neexistuje žiadny rozdiel tlakov, pokým obe strany sú otvorené do vzduchu.
- Rozdiel tlakov závisí len na rozdieli výšok medzi dvoma stranami.
2 · Priprav
- Otvor predvolbu U-trubica a stlač Resetovať. Voda sedí v rôznych hladinách na ľavej a pravej strane U-trubice.
- Zapni odčítanie rozdielu tlakov.
- Nastav ľavú a pravú výšku vody pre každý pokus a zaznamenaj odčítanie rozdielu tlakov.
3 · Zbieraj údaje
| Ľavá výška h_L (m) | Pravá výška h_R (m) | Rozdiel tlakov ΔP (Pa) |
|---|---|---|
| 0.10 | 0.16 | |
| 0.08 | 0.20 | |
| 0.05 | 0.22 |
Zaznamenaj ΔP (os y) verzus rozdiel výšok h_R − h_L (os x) pre svoje tri pokusy. Je priamka rovná?
4 · Analyzuj
- Pre jeden pokus vypočítaj ΔP = ρg(h_R − h_L) s hustotou vody 1000 kg/m³ a g = 9.8 m/s² a porovnaj s odčítaním.
- Tvoje tri pokusy používajú rôzne absolútne výšky, ale rovnaký vzor. Vysvetli, prečo ΔP závisí len na rozdieli výšok, nie na tom, ako plná je trubica celkovo.
5 · Rozšír
- Ortuťový barometer používa ten istý princíp, ale s ortuťou (hustota 13 600 kg/m³) namiesto vody. Pri rovnakom rozdieli výšok by rozdiel tlakov bol väčší alebo menší než s vodou? Približne o aký činiteľ?
- Potápači cítia, ako tlak rastie, čím hlbšie idú. Použi ΔP = ρgΔh na vysvetlenie, prečo tlak v 10 m pod vodou je zhruba dvojnásobok tlaku v 5 m.
Fyzika za týmto experimentom
Hydrostatický tlak
Tlak v kvapaline rastie lineárne s hĺbkou: P = ρgh. V U-trubici otvorenej do vzduchu na oboch koncoch pochádza rozdiel tlakov medzi dvoma stĺpcami výhradne z ich rozdielu výšok.