Hoofdstuk 2: HYDROSTATICA

Transcriptie

1 ysica hoofdstuk : Hydrostatica e jaar e graad (uur) Hoofdstuk : HYDROSTTIC. Inleiding: Bouw van een stof.. ggregatietoestanden De zuivere stoffen die we kennen kunnen in drie verschijningsvormen voorkomen. We noemen die vormen de aggregatietoestanden of fasen. We spreken van Het tomium in Brussel stelt ijzer voor in de vaste toestand. Overgang van aggregatietoestanden: Gas Vloeibaar Vast

2 ysica ste jaar, de graad uur hoofdstuk pag Deeltjestheorie We proberen de materie vereenvoudigd voor te stellen. Met deze voorstelling proberen we alle eigenschappen te verklaren. Deze voorstelling noemen we in de fysica een MODEL. Indien bepaalde kenmerken niet verklaard kunnen worden moeten we het model aanpassen en verfijnen. Het model dat een moderne fysicus gebruikt is het deeltjesmodel. Een stof is opgebouwd uit of Dit zijn kleine deeltjes zoals Tussen deze deeltjes is er bij een luchtledige ruimte : de ruimte. Deze deeltjes oefenen op elkaar krachten uit: de cohesiekrachten zorgen voor De deeltjes trillen rond hun evenwichtstoestand. Hoe hoger de, hoe groter die beweging. We noemen die beweging daarom de of thermische of energie...3 Opbouw van een stof VSTE STO: De particulen zitten vast in De cohesiekrachten zijn De thermische beweging is VLOEISTO: De particulen De cohesiekrachten zijn... dan bij een vaste stof De thermische beweging is... dan bij een vaste stof GSSEN De particulen bewegen de cohesiekracht is de thermische beweging is (heeft de cohesie overwonnen)

3 ysica ste jaar, de graad uur hoofdstuk pag. 97. lgemene eigenschappen van een vloeistof Vloeistoffen hebben een vorm Ze nemen steeds de vorm van het vat aan omdat de particulen over elkaar kunnen bewegen. Vloeistoffen hebben een volume De cohesie is nog voldoende groot om de particulen Het oppervlak van een vloeistof (in evenwicht) staat steeds.. Een gevolg van het feit dat de particulen over elkaar rollen. Vloeistoffen zijn samendrukbaar maar wel veerkrachtig of elastisch. Toepassing: het overbrengen van krachten in druksystemen Denk na en antwoord: Sporen in de sneeuw kan men volgen, gaat dat ook in de plassen?

4 ysica ste jaar, de graad uur hoofdstuk pag Drukvoortplaning.3. Druk bij een vaste stof Eventjes herhalen : Wat is druk? Definitie: De druk is de verhouding van de grootte van de kracht tot de oppervlakte ormule druk kracht oppervlakte p (Symbool voor druk: p ) (pressure) N p: druk (eenheid : Pa m ) : kracht (eenheid : N) : Oppervlakte (eenheid : m ) Eenheid druk: Eenheid voor druk eenheid kracht eenheid oppervlakte N m Pa ( pascal) Let op : p : symbool voor.. ( kleine letter) P : symbool voor... ( hoofdletter)

5 ysica ste jaar, de graad uur hoofdstuk pag. 99 Drukvoortplanting in een vaste stof: Druk op een vaste stof plant zich voort: in richting van de kracht. met..grootte p P Verklaring (met de deeltjestheorie) : De druk perst de opeenvolgende laagjes van de roosterstructuur van de vaste stof een beetje dichter samen, zo wordt de druk overgedragen.

6 ysica ste jaar, de graad uur hoofdstuk pag Druk bij een vloeistof Proef: We vullen een fles tot aan de rand met water en trachten die dan met een goed afsluitende stop af te sluiten. Waarneming: De stop wipt steeds terug uit de hals. Besluit: Een vloeistof is steeds samendrukbaar. Ze heeft dus een eigen volume, dat ze steeds wil behouden. Ze is dan ook volkomen veerkrachtig. Proef: Een cilindervormig vat is afgesloten met een rubberpeer. In de zijwand van het vat zijn op vier verschillende hoogten zijbuisjes aangebracht (zie foto). Langzaam samendrukken van de rubberpeer oefent op het vrije vloeistofoppervlak een kracht uit, die in de vloeistof een druk doet ontstaan, waardoor de vloeistof in de buisjes evenveel stijgt. Besluit: Een druk op een vloeistof plant zich onverminderd voort en blijft gelijk. Proef : Een tweehalzige Woulffse fles wordt geheel gevuld met water. Elke hals wordt met een rubberstop afgesloten, zó dat er geen lucht is tussen de stop en de vloeistof. Geeft men nu een flinke tik met een hamer of een vuist op een van de stoppen, dan vliegt de tweede stop uit de fles.

7 ysica ste jaar, de graad uur hoofdstuk pag. 0 Merk op: Met een gewone fles kan men zelfs op die manier het glas aan scherven doen vliegen, maar je zou dit best niet zelf proberen!! Besluit: Een kracht, uitgeoefend op een vloeistof, plant zich in alle richtingen voort. Samenvatting: De druk uitgeoefend op een ingesloten vloeistof : Plant zich voort door... heen, Plant zich voort in alle..., En blijft... We noemen dit het beginsel van Pascal of ook nog de wet van Pascal Wet van Pascal: Oefent men op een gedeelte van een vloeistofoppervlak een kracht uit, dan ontstaat in die vloeistof een druk die zich in alle richtingen onverminderd voortplant en die loodrecht werkt op de wand van het vat waarin de vloeistof zit opgesloten. Verklaring met de deeltjestheorie: De deeltjes in een vloeistof bewegen over elkaar heen. Bij een druk proberen ze in alle richtingen even sterk weg te komen.

8 ysica ste jaar, de graad uur hoofdstuk pag. 0.4 Overbrengen van een kracht in een vloeistof Voorbeeld: Met een kleine kracht druk je via de rempedaal op zuiger, waardoor een druk op de remolie wordt uitgeoefend. Het gevolg is dat zuiger met een grotere kracht op de remschijven van de wielen drukt en de wagen afremt. Proef: We nemen twee cilinders met een verschillende doorsnede en verbonden door een darm en gevuld met een vloeistof (principe verbonde vaten). We merken dat het vloeistofniveau in beide cilinders horizontaal en op gelijke hoogte staat. ls we op de ene zuiger een kracht uitoefenen dan merken we dat het vloeistofniveau stijgt in de tweede zuiger. ls we op de tweede zuiger een extra gewicht plaatsen, dan merken we dat de kracht die we uitoefenen op de eerste zuiger het gewicht in de tweede zuiger zal verplaatsen en dus kunnen we dit principe gegruiken om een zware last te verplaatsen. Verklaring:

9 ysica ste jaar, de graad uur hoofdstuk pag. 03 Zuiger Zuiger We oefenen een kracht uit op zuiger met een oppervlakte. Er ontstaat een druk in het eerste vat : p De druk in het eerste vat is gelijk aan : p We weten echter dat de druk in het tweede vat gelijk is aan : p want er is een kracht die werkt op zuiger met een oppervlakte. Volgens de wet van pascal zal de druk p zich ongewijzigd voortplanten door de vloeistof. Hieruit volgt dat de druk in het tweede vat gelijk is aan de druk in het eerste vat : p p. of. en zijn dus ls de oppervlakte vergroot dan ook de kracht. We kunnen op de tweede zuiger dus een zware last plaatsen als we de oppervlakte Besluit: De druk plant zich in een vloeistof voort in alle richtingen met dezelfde kracht. De kracht is rechtevenredig met het oppervlak. De kracht werkt loodrecht op het oppervlak.

10 ysica ste jaar, de graad uur hoofdstuk pag. 04 Toepassingen: remleidingen (auto, ) Voorbeeld : Neem eventjes het voorbeeld pag 96 Zuiger : Zuiger :... p p hydraulische lift Hiernaast zie je een afbeelding van een verticale hydraulische lift die maximaal gaat tot een hoogte van,8 m. Het platform mag volgens de Europese richtlijnen een maximum capaciteit van 00 kg optillen met een snelheid van 0, m/s. Dit soort liften gebruikt men regelmatig in openbare gebouwen voor het transport van rolstoelpatiënten. Een hydraulische lift gebuikt men bijvoorbeeld in garages om auto s op te tillen. In La Louvière worden eveneens hydraulische liften gebruikt om schepen tussen twee kanalenvlakken met verschillend niveau te plaatsen. hydraulische pers De hydraulische pers is ook een toepassing op overbrenging van krachten in een vloeistof. We kunnen de werking van de hydraulische pers eenvoudig nagaan met een glazen model (zie foto). Wanneer de kleine zuiger omhoog gaat, opent klep zich terwijl klep gesloten blijft. Hierdoor wordt de kleine cilinder met vloeistof gevuld. ls je nu de kleine zuiger naar beneden duwt dan wordt klep gesloten en wordt klep open geduwd. De vloeistof gaat nu van de kleine cilinder naar de grote cilinder waardoor de grote zuiger een weinig stijgt. Daarna wordt dit proces herhaald. Door de opgaande en neergaande beweging legt de kleine zuiger een grote afstand af zonder dat de kleine cilinder een grote lengte heeft. Kleine zuiger Grote zuiger Klep Klep Opmerking: Dikwijls wordt de stang van de kleine zuiger door een hefboom bewogen waardoor er eveneens aan kracht gewonnen wordt.

11 ysica ste jaar, de graad uur hoofdstuk pag. 05 Doel: Het optillen van lasten door het uitoefenen van een kracht. Besluit: Zoals bij alle werktuigen (hefbomen) geldt ook voor de hydraulische pers: een van arbeid de aan kracht is aan afgelegde weg Toepassingen op een hydraulische pers: Stoffen die veel plaats zouden innemen samenpersen: o hooi o katoen o papier Olie persen uit noten Staalplaten voor het koetswerk van auto s de gewenste vorm geven De Eiffeltoren rust op 6 grote zuigers met elk een oppervlakte van 30 m (de kleine zuigers hebben elk een oppervlakte van 300 cm ). Ze dienen om de invloed van windstoten te compenseren Uitgewerkt voorbeeld: De oppervlakte van de kleine zuiger van een hydraulische pers is cm. De groter zuiger heeft een oppervlakte van 50 cm. Hoe groot is de persdruk als op een de kleine zuiger een kracht van 360 N wordt uitgeoefend? Bereken ook de perskracht. Geg : cm, 0 0 m, m N 3,60 0 N Gevr:? Oplossing: ormules: p en Berekening : 3,60 0 N 5 p 3,0 0 Pa 3, 0 m 4 50cm, m,50 m 3,60 0 N.,50 0 3, 0 m 7,5 0 3 N ntwoord: De druk in de kleine zuiger is 3,0 0 5 Pa en de kracht in de grote zuiger is 7,5 0 3 N m

12 ysica ste jaar, de graad uur hoofdstuk pag. 06 Opgave De oppervlakte van de kleine zuiger van een hydraulische pers is 8 cm. De groter zuiger heeft een oppervlakte van 00 cm.hoe groot is de persdruk als op een de kleine zuiger een kracht van 458 N wordt uitgeoefend? Bereken ook de perskracht. Geg : Gevr Oplossing: ormules: Oplossing:Berekening : ntwoord: Opgave De kleine zuiger heeft een diameter van 50 cm en de grote zuiger heeft een diameter van 400 cm. Wat is het grootste gewicht dat we kunnen tillen met een kracht van 500 N. Tip: maak eerst een tekening waarop je alle gegevens noteert!

13 ysica ste jaar, de graad uur hoofdstuk pag. 07 Samenvatting: Zuivere stoffen komen voor in drie aggregatietoestanden : Vloeistoffen hebben een... vorm. Vloeistoffen hebben een... volume. Het oppervlak van een vloeistof (in evenwicht) staat steeds... Vloeistoffen zijn... samendrukbaar maar wel... veerkrachtig. Wet van Pascal : Een druk in een vloeistof plant zich voort in... richtingen en blijft... Overbrenging van een kracht in een vloeistof: Zuiger Zuiger Toepassing : De hydraulische pers

14 ysica ste jaar, de graad uur hoofdstuk pag. 08