Samenvatting Fysica Hoorcollege 1 PDF

Preview

Summary

H O O F D S T U K 1 3 : V L O E I S T O F F E N13 F A S E N V A N M A T E R I EVaste stof  Vaste vorm en vaste grootte  Zeer moeilijk samendrukbaar Vloeistof  Neemt de vorm van het vat aan  Moeilijk samendrukbaar Gas  Vult het vat waarin het zit volledig  Gemakkelijk smaendrukbaar13 D I C H T ...

Description

HOOFDSTUK 13: VLOEISTOFFEN 13.1 F A S E N V A N M A T E R I E Vaste stof  Vaste vorm en vaste grootte  Zeer moeilijk samendrukbaar Vloeistof  Neemt de vorm van het vat aan  Moeilijk samendrukbaar Gas Fluïda  Vult het vat waarin het zit volledig  Gemakkelijk smaendrukbaar 13.2 D I C H T H E I D E N S O O R T E L I J K G E WICHT Dichtheid en soortelijk gewicht  Dichtheid is de massa per volume-eenheid dm ρ= =¿ dm=ρ .dV =¿ m=∫ ρ . dV dV o Waarde, zie tabel (0 °C en 1 atm)  Soortelijk gewicht of relatieve dichtheid ρ ρ' = ρwater (4 ° C) 13.3 D R U K I N V L O E I S T O F F E N Druk in vloeistoffen  Druk is kracht per oppervlakte-eenheid dF is F P= oppervlak → P= indien P constant het A dA  Eenheid N/m2 = Pa  Scalaire grootheid, geen vector  Op een gegeven diepte in een stilstaande vloeistof is de druk dezelfde in alle richtingen  Kracht als gevolg van de druk van een vloeistof in rust staat altijd loodrecht op het oppervlak van het voorwerp







Druk in (homogene) vloeistof op diepte h (t.g.v. vloeistof zelf) F F=mg = ρVg = ρAhg =¿ P= =ρg h A o Onafhankelijk van oppervlakte A Druk in vloeistoffen rekening houdend met uitwendige druk en met nioet homogeen zijn van fluïdum PA−( P+dP ) A−ρgAdy=0 dP =−ρg dy Hoofdvergelijking van de hydrostatica y2

dP=− ρgdy → P 2−P1=−∫ ρgdy y1





Hoofdvergelijking van de hydrostatica toegepast op homogene vloeistoffen (= niet samendrukbaar fluïdum) ρ=cte→ P2−P1=− ρg ( y2 − y 1 ) → P=P0 + ρgh o Met h de diepte Druk op gelijke diepte/hoogte in dezelfde vloeistof is gelijk

Druk in gassen  Hoofdvergelijking van de hydrostatica toegepast op gassen (= samendrukbaar fluïdum) P P =cte ( Boyle− Mariotte )→ ρ= ρ0 P0 ρ − ρ0

gy dP =−ρg → P ( y ) =P0 e P dy Luchtdruk neem exponentieel af met de hoogte y 0



13.4 A T M O S F E R I S C H E D R U K E N M A N O M E T E R D R U K Atmosferische druk  P0 = 1 atm = 1,013 . 105 Pa = 1,013 bar Luchtdrukmeters meten de overdruk (= manometerdruk)  Pman = de druk die de atmosferische druk te boven gaat  P = P0 + Pman

13.5 D E W E T V A N P A S C A L “Als er een uitwendige druk op een vloeistof wordt uitgeoefend dan neemt de druk op elk punt in de vloeistof toe met de uitgeoefende druk” F¿ F uit = A ¿ A uit

13.6 M E T E N V A N D R U K : M A N O M E T E R / B A R O M E T E R Open manometer  Op elke hoogte moet de druk gelijk zijn DUS P= P0 +ρg ∆ h  mm Hg (= Torr)  mm H2O

Kwikbarometer P= P0 +ρ Hg g h m kg ¿ 0+13600 3 .9,81 2 . 0,76 m m s 5 ¿ 1,013 .10 Pa

Waterbarometer P= P0 +ρ g h kg m → 0+1000 3 . 9,81 2 . h s m 5 ¿ 1,013 .10 Pa → h=10,3 m

13.7 O P W A A R T S E K R A C H T V A N A R HIMEDES

C

Opwaartse kracht van Archimedes  Oorzaak: druk in een vloeistof neemt toe met de diepte F1=P 1 A =ρvloeistof g h1 A ↓ F2 =P 2 A =ρvloeistof g h2 A ↑ → F B =F2 −F 1=ρ vloeistof g( h2−h1 ) A ¿ ρvloeistof gV =m vloeistof g ↑  Druk onderaan de cilinder is groter dan de druk boven de cilinder  De opwaartse kracht op een voorwerp dat ondergedompeld is in een vloeistof is gelijk aan het gewicht van de door dat voorwerp verplaatste vloeistof.  Is de kroon van goud? o W is gewicht = FT o W’ is schijnbaar gewicht = F’T = W – FB ρvoorwerp W = ρvloeistof W −W '  Zinken in de vloeistof o Als Fb < W o ρvloeistof Vg < ρvoorwerp Vg o ρvloeistof < ρvoorwerp  Stijgen in de vloeistof o Als Fb > W o ρvloeistof Vg > ρvoorwerp Vg o ρvloeistof > ρvoorwerp  Drijven op de vloeistof o Opwaartse kracht en massa in evenwicht

 

o Vverplaatsing = volume onder water o Van zodra Fb = W o ρvloeistof Vg = ρvoorwerp Vg Lucht = fluïdum met kleine dichtheid Voorbeeld: ballon gevuld met Helium

13.8 V L O E S T O F F E N I N B E W E G I N G : DEBIET EN DE CONTINUITEITSVERGELIJKING Vloeistofdynamica of hydrodynamica  Laminaire stroming: “glad”, aangrenzende lagen glijden over elkaar, stroomlijnen  Turbulente stroming: hogere snelheid, wervelstromen/wervelingen, wrijving/viscositeit Continuïteitsvergelijking (kunnen afleiden)  Massa vloeistof die een bepaald punt in bepaalde tijd passeert ∆m massadebiet= ∆t  In punt 1: ∆ m 1 ρ 1 ∆ V 1 ρ 1 A1 ∆ l 1 = = = ρ1 A 1 v 1 ∆t ∆t ∆t  Geen vloeistof verloren: ρ1 A 1 v 1= ρ2 A 2 v 2  Niet samendrukbare vloeistof (/gas) ∆V 1 ∆ V 2 (volumedebiet) = A 1 v 1 = A2 v 2 = ∆t ∆t 13.9 D E W E T V A N B E R N O U L L I Wet van Bernoulli (kunnen afleiden)  Druk in een stromende vloeistof/gas  Aanname: o Stroming cte, laminair o Nt-samendrukbare vloeistof o Minimale viscositeit  Arbeid van (a) naar (b) W 1=F 1 ∆ l1 =P 1 A1 ∆ l1 W 2=−P 2 A2 ∆ l 2  Zwaartekracht W 3=−mg( y 2 − y 1 ) W =W 1+ W 2+ W 3  Behoud van energie o Netto verricte arbeid = verandering kinetische energie

1 2 1 2 W = mv 2 − m v1 2 2 

Wet 1 P+ ρ v2+ ρgy =cte 2

Toepassingen wet van Bernoulli

13.11 V I S C O S I T E I T Inwendige wrijving (tussen aangrenzende lagen) in echte vloeistoffen/gassen  Vloeistoffen – elektrische cohesiekrachten  Gassen – botsingen Viscositeitscoëfficiënt η  Dunne laag vloeistof  Tussen 2 platen  1 stationair / 1 beweging  Adhesiekrachten plaat / vloeistof v  snelheidsgradient= l 

kracht ombovenste plaat tebewegen F=ηA

v l

13.12 S T R O M E N I N. B U I Z E N : DE WET VAN POISEUILLE, BLOEDSOMLOOP Dankzij viscositeit: drukverschil tussen uiteinden  Niet-samendrukbare vloeistof  Laminaire stroming  Cillindrische buis Wet van Poiseuille π R 4 (P1−P2 ) volumedebiet /stromingssnelheid Q= 8 ηl

Bloedsomloop  Aderverkalking: R daalt  P stijgt (hoge bloeddruk) 13.13 O P P E R V L A K T E S P A N N I N G E N C A P I L L A I R E W E RKING Oppervlaktespanning  Stalen speld kan op water drijven, hoewel die een grotere dichtheid heeft dan water  Oppervlaktespanning F o γ= l  Capillaire werking o Cohesie t.o.v. adhesie krachten  Water: adhesie krachten > cohesie krachten  Kwik: adhesie krachten < cohesie krachten...