Fizyka w pªetwonurkowaniu

Transkrypt

1 Fizyka w pªetwonurkowaniu wªa±ciwo±ci wody i powietrza, ci±nienie, przemiany gazowe, pªywalno± Mateusz Przybyªa Klub Pªetwonurków Triton Ko±cian

2 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 2 / 47 Zakres wykªadu 1 Powietrze

3 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 2 / 47 Zakres wykªadu 1 Powietrze 2 Woda

4 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 2 / 47 Zakres wykªadu 1 Powietrze 2 Woda 3 Poj cie ci±nienia

5 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 2 / 47 Zakres wykªadu 1 Powietrze 2 Woda 3 Poj cie ci±nienia 4 Przemiany gazowe

6 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 2 / 47 Zakres wykªadu 1 Powietrze 2 Woda 3 Poj cie ci±nienia 4 Przemiany gazowe 5 Pªywalno± - prawo Archimedesa

7 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 2 / 47 Zakres wykªadu 1 Powietrze 2 Woda 3 Poj cie ci±nienia 4 Przemiany gazowe 5 Pªywalno± - prawo Archimedesa 6 Problemy utraty ciepªa

8 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 2 / 47 Zakres wykªadu 1 Powietrze 2 Woda 3 Poj cie ci±nienia 4 Przemiany gazowe 5 Pªywalno± - prawo Archimedesa 6 Problemy utraty ciepªa 7 Wybrane zagadnienia optyki

9 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 2 / 47 Zakres wykªadu 1 Powietrze 2 Woda 3 Poj cie ci±nienia 4 Przemiany gazowe 5 Pªywalno± - prawo Archimedesa 6 Problemy utraty ciepªa 7 Wybrane zagadnienia optyki 8 Wybrane zagadnienia akustyki

10 Powietrze M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 3 / 47

11 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 4 / 47 Atmosfera Kul Ziemsk otacza gazowa atmosfera, która utrzymywana jest dzi ki sile grawitacji.

12 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 4 / 47 Atmosfera Kul Ziemsk otacza gazowa atmosfera, która utrzymywana jest dzi ki sile grawitacji. Dolna warstwa atmosfery (troposfera) jest bogata w powietrze.

13 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 4 / 47 Atmosfera Kul Ziemsk otacza gazowa atmosfera, która utrzymywana jest dzi ki sile grawitacji. Dolna warstwa atmosfery (troposfera) jest bogata w powietrze. Na poziomie morza atmosfera generuje ±rednie ci±nienie P atm = 1013 hpa. Jest to ci±nienie, do którego jeste±my przystosowani.

14 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 5 / 47 Powietrze Powietrze w warunkach normalnych jest bardzo rzadkie (ρ 1,2 kg/m 3 ) i w codziennych sytuacjach nie postrzegamy jego istnienia (wyj tek - wiatr).

15 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 5 / 47 Powietrze Powietrze w warunkach normalnych jest bardzo rzadkie (ρ 1,2 kg/m 3 ) i w codziennych sytuacjach nie postrzegamy jego istnienia (wyj tek - wiatr). Azot peªni rol wypeªniacza. W postaci N 2 nie bierze udziaªu w wi kszo±ci reakcji chemicznych.

16 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 5 / 47 Powietrze Powietrze w warunkach normalnych jest bardzo rzadkie (ρ 1,2 kg/m 3 ) i w codziennych sytuacjach nie postrzegamy jego istnienia (wyj tek - wiatr). Azot peªni rol wypeªniacza. W postaci N 2 nie bierze udziaªu w wi kszo±ci reakcji chemicznych. Tlen potrzebny jest nam do wielu funkcji»yciowych, m.in. reakcji przemiany materii.

17 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 5 / 47 Powietrze Powietrze w warunkach normalnych jest bardzo rzadkie (ρ 1,2 kg/m 3 ) i w codziennych sytuacjach nie postrzegamy jego istnienia (wyj tek - wiatr). Azot peªni rol wypeªniacza. W postaci N 2 nie bierze udziaªu w wi kszo±ci reakcji chemicznych. Tlen potrzebny jest nam do wielu funkcji»yciowych, m.in. reakcji przemiany materii. Powietrze jest sªabym przewodnikiem ciepªa (λ = 0,025 W/(m K)). Pozwala to utrzyma stosunkowo staª temperatur na powierzchni Ziemi za dnia i w nocy.

18 Woda M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 6 / 47

19 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 7 / 47 Woda na Ziemi Woda pokrywa ponad 70% powierzchni naszej planety. Jej obecno± ma kluczowe znaczenie dla istnienia»ycia.

20 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 7 / 47 Woda na Ziemi Woda pokrywa ponad 70% powierzchni naszej planety. Jej obecno± ma kluczowe znaczenie dla istnienia»ycia. Ciekawostka Czªowiek w okoªo 60% skªada si z wody. We wczesnej fazie rozwoju jest to nawet 75%! Ponadto pierwsze 9 miesi cy»ycia sp dza w wodzie!

21 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 8 / 47 Charakterystyka wody W stanie ciekªym woda jest bardzo g sta (ρ 1000 kg/m 3 ). Charakteryzuje si ona bardzo niewielk ±ci±liwo±ci obj to±ciow. Kilka istotnych warto±ci:

22 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 8 / 47 Charakterystyka wody W stanie ciekªym woda jest bardzo g sta (ρ 1000 kg/m 3 ). Charakteryzuje si ona bardzo niewielk ±ci±liwo±ci obj to±ciow. Kilka istotnych warto±ci: temperatura krzepni cia: T k = 0 o C

23 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 8 / 47 Charakterystyka wody W stanie ciekªym woda jest bardzo g sta (ρ 1000 kg/m 3 ). Charakteryzuje si ona bardzo niewielk ±ci±liwo±ci obj to±ciow. Kilka istotnych warto±ci: temperatura krzepni cia: T k = 0 o C temperatura wrzenia: T w = 100 o C

24 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 8 / 47 Charakterystyka wody W stanie ciekªym woda jest bardzo g sta (ρ 1000 kg/m 3 ). Charakteryzuje si ona bardzo niewielk ±ci±liwo±ci obj to±ciow. Kilka istotnych warto±ci: temperatura krzepni cia: T k = 0 o C temperatura wrzenia: T w = 100 o C przewodnictwo cieplne: λ = 0,6 W/(m K) (24 wi cej ni» powietrze!)

25 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 8 / 47 Charakterystyka wody W stanie ciekªym woda jest bardzo g sta (ρ 1000 kg/m 3 ). Charakteryzuje si ona bardzo niewielk ±ci±liwo±ci obj to±ciow. Kilka istotnych warto±ci: temperatura krzepni cia: T k = 0 o C temperatura wrzenia: T w = 100 o C przewodnictwo cieplne: λ = 0,6 W/(m K) (24 wi cej ni» powietrze!) Zapami taj Woda jest najg stsza w temperaturze 4 o C. Poni»ej tej temperatury woda ma ujemny wspóªczynnik rozszerzalno±ci cieplnej.

26 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 9 / 47 Stany skupienia wody Podgrzewanie wody w danym stanie skupienia jest liniowo zale»ne od dostarczanej energii. Stopienie lub odparowanie wymaga dodatkowego zastrzyku energii w celu wykonania pracy.

27 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 9 / 47 Stany skupienia wody Podgrzewanie wody w danym stanie skupienia jest liniowo zale»ne od dostarczanej energii. Stopienie lub odparowanie wymaga dodatkowego zastrzyku energii w celu wykonania pracy. Wyja±nia to sytuacj, w której wychodz c z wody do cieplejszego pomieszczenia czujemy chªód. Paruj ca woda pobiera ten zastrzyk energii z naszego ciaªa.

28 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 9 / 47 Stany skupienia wody Podgrzewanie wody w danym stanie skupienia jest liniowo zale»ne od dostarczanej energii. Stopienie lub odparowanie wymaga dodatkowego zastrzyku energii w celu wykonania pracy. Wyja±nia to sytuacj, w której wychodz c z wody do cieplejszego pomieszczenia czujemy chªód. Paruj ca woda pobiera ten zastrzyk energii z naszego ciaªa. Silnie zasolona woda zamarza w ujemnych temperaturach (np. 2 o C).

29 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 10 / 47 Konsekwencje g sto±ci wody Jedn z istotnych konsekwencji du»ej g sto±ci wody s rosn ce opory ruchowe. Opór jaki stawia woda jest proporcjonalny do kwadratu pr dko±ci v poruszaj cego si w niej ciaªa. F D = 1 2 ρ v 2 C D A Opory wody s wynikiem zderze«cz steczek na granicy ciaªo-pªyn, oraz lepko±ci cieczy (wiskozy) na powierzchni ciaªa.

30 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 10 / 47 Konsekwencje g sto±ci wody Jedn z istotnych konsekwencji du»ej g sto±ci wody s rosn ce opory ruchowe. Opór jaki stawia woda jest proporcjonalny do kwadratu pr dko±ci v poruszaj cego si w niej ciaªa. F D = 1 2 ρ v 2 C D A Opory wody s wynikiem zderze«cz steczek na granicy ciaªo-pªyn, oraz lepko±ci cieczy (wiskozy) na powierzchni ciaªa. Inn konsekwencj du»ej g sto±ci wody jest liniowy przyrost ci±nienia wzgl dem gª boko±ci.

31 Ci±nienie M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 11 / 47

32 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 12 / 47 Poj cie ci±nienia Gdy pewna siªa F napiera pod k tem prostym na powierzchni S mówimy o zaistniaªym ci±nieniu P. P = F S (1)

33 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 12 / 47 Poj cie ci±nienia Gdy pewna siªa F napiera pod k tem prostym na powierzchni S mówimy o zaistniaªym ci±nieniu P. P = F S (1) Ci±nienie mierzy si m.in. w: Pa, hpa, MPa, bar, at, psi, tor, mmhg.

34 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 12 / 47 Poj cie ci±nienia Gdy pewna siªa F napiera pod k tem prostym na powierzchni S mówimy o zaistniaªym ci±nieniu P. P = F S (1) Ci±nienie mierzy si m.in. w: Pa, hpa, MPa, bar, at, psi, tor, mmhg. 0,1 MPa = 1 bar = 1 at = 14,5 psi = 750 mmhg

35 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 13 / 47 Paradoks hydrostatyczny Prawo Pascala Ci±nienie w pªynie na tym samym poziomie jest jednakowe. Ró»nic ci±nie«mi dzy dwiema wysoko±ciami opisuje wzór: p 2 p 1 = ρg(h 2 h 1 )

36 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 13 / 47 Paradoks hydrostatyczny Prawo Pascala Ci±nienie w pªynie na tym samym poziomie jest jednakowe. Ró»nic ci±nie«mi dzy dwiema wysoko±ciami opisuje wzór: p 2 p 1 = ρg(h 2 h 1 ) Ci±nienie w zbiorniku nie zale»y od jego ksztaªtu lecz od jego wysoko±ci.

37 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 13 / 47 Paradoks hydrostatyczny Prawo Pascala Ci±nienie w pªynie na tym samym poziomie jest jednakowe. Ró»nic ci±nie«mi dzy dwiema wysoko±ciami opisuje wzór: p 2 p 1 = ρg(h 2 h 1 ) Ci±nienie w zbiorniku nie zale»y od jego ksztaªtu lecz od jego wysoko±ci. Pod wod ci±nienie ro±nie o 1 at na ka»de 10 m.

38 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 14 / 47 Ci±nienie atmosferyczne B d c na l dzie caªy czas napiera na nas wielokilometrowa masa powietrza. Na poziomie morza generuje ona ±rednie ci±nienie 1013 hpa.

39 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 14 / 47 Ci±nienie atmosferyczne B d c na l dzie caªy czas napiera na nas wielokilometrowa masa powietrza. Na poziomie morza generuje ona ±rednie ci±nienie 1013 hpa. Wraz ze wzrostem wysoko±ci ci±nienie spada o ok. 1,24 hpa na ka»de 10 metrów.

40 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 14 / 47 Ci±nienie atmosferyczne B d c na l dzie caªy czas napiera na nas wielokilometrowa masa powietrza. Na poziomie morza generuje ona ±rednie ci±nienie 1013 hpa. Wraz ze wzrostem wysoko±ci ci±nienie spada o ok. 1,24 hpa na ka»de 10 metrów. Ci±nienie atmosferyczne zale»y tak»e od temperatury i wilgotno±ci powietrza.

41 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 14 / 47 Ci±nienie atmosferyczne B d c na l dzie caªy czas napiera na nas wielokilometrowa masa powietrza. Na poziomie morza generuje ona ±rednie ci±nienie 1013 hpa. Wraz ze wzrostem wysoko±ci ci±nienie spada o ok. 1,24 hpa na ka»de 10 metrów. Ci±nienie atmosferyczne zale»y tak»e od temperatury i wilgotno±ci powietrza. Ciekawostka Ci±nienie panuj ce na poziomie najwy»ej poªo»onego jeziora (Titicaca, 3812 m n.p.m.) to ok. 680 hpa, za± na szczycie Mount Everest ok. 300 hpa.

42 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 15 / 47 Ci±nienie hydrostatyczne i absolutne Zanurzaj c si pod wod napiera na nas pionowy sªup wody. Generuje on dodatkowe ci±nienie zwane ci±nieniem hydrostatycznym.

43 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 15 / 47 Ci±nienie hydrostatyczne i absolutne Zanurzaj c si pod wod napiera na nas pionowy sªup wody. Generuje on dodatkowe ci±nienie zwane ci±nieniem hydrostatycznym. Suma ci±nienia atmosferycznego i hydrostatycznego oddziaªuj cych na pªetwonurka nazywana jest ci±nieniem absolutnym.

44 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 15 / 47 Ci±nienie hydrostatyczne i absolutne Zanurzaj c si pod wod napiera na nas pionowy sªup wody. Generuje on dodatkowe ci±nienie zwane ci±nieniem hydrostatycznym. Suma ci±nienia atmosferycznego i hydrostatycznego oddziaªuj cych na pªetwonurka nazywana jest ci±nieniem absolutnym. Z ka»dym metrem gª boko±ci ci±nienie ro±nie o 0,1 bar.

45 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 15 / 47 Ci±nienie hydrostatyczne i absolutne Zanurzaj c si pod wod napiera na nas pionowy sªup wody. Generuje on dodatkowe ci±nienie zwane ci±nieniem hydrostatycznym. Suma ci±nienia atmosferycznego i hydrostatycznego oddziaªuj cych na pªetwonurka nazywana jest ci±nieniem absolutnym. Z ka»dym metrem gª boko±ci ci±nienie ro±nie o 0,1 bar. Zad. Jakie panuje ci±nienie na dnie rowu Maria«skiego (11 km p.p.m.)?

46 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 15 / 47 Ci±nienie hydrostatyczne i absolutne Zanurzaj c si pod wod napiera na nas pionowy sªup wody. Generuje on dodatkowe ci±nienie zwane ci±nieniem hydrostatycznym. Suma ci±nienia atmosferycznego i hydrostatycznego oddziaªuj cych na pªetwonurka nazywana jest ci±nieniem absolutnym. Z ka»dym metrem gª boko±ci ci±nienie ro±nie o 0,1 bar. Zad. Jakie panuje ci±nienie na dnie rowu Maria«skiego (11 km p.p.m.)? Uwaga! Podczas nurkowania najgro¹niejsze jest pierwsze 10 m, poniewa» wyst puje tu wzrost ci±nienia o 100%! (1 at 2 at)

47 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 16 / 47 Mieszanki gazów i ci±nienie parcjalne Gdy mamy do czynienia z mieszanin gazów, ka»dy z jej skªadników mo»na rozpatrywa osobno za pomoc ci±nie«cz stkowych.

48 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 16 / 47 Mieszanki gazów i ci±nienie parcjalne Gdy mamy do czynienia z mieszanin gazów, ka»dy z jej skªadników mo»na rozpatrywa osobno za pomoc ci±nie«cz stkowych. Prawo Daltona Ci±nienie wywierane przez mieszanin gazów jest równe sumie ci±nie«parcjalnych wywieranych przez skªadniki mieszaniny.

49 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 16 / 47 Mieszanki gazów i ci±nienie parcjalne Gdy mamy do czynienia z mieszanin gazów, ka»dy z jej skªadników mo»na rozpatrywa osobno za pomoc ci±nie«cz stkowych. Prawo Daltona Ci±nienie wywierane przez mieszanin gazów jest równe sumie ci±nie«parcjalnych wywieranych przez skªadniki mieszaniny. Przykªadowo powietrze na poziomie morza ma ci±nienie 1 bar i zawiera ok. 78% azotu i 21% tlenu. Z prawa Daltona wynika zatem,»e sam azot generuje ci±nienie 0,78 bar, za± tlen 0,21 bar.

50 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 16 / 47 Mieszanki gazów i ci±nienie parcjalne Gdy mamy do czynienia z mieszanin gazów, ka»dy z jej skªadników mo»na rozpatrywa osobno za pomoc ci±nie«cz stkowych. Prawo Daltona Ci±nienie wywierane przez mieszanin gazów jest równe sumie ci±nie«parcjalnych wywieranych przez skªadniki mieszaniny. Przykªadowo powietrze na poziomie morza ma ci±nienie 1 bar i zawiera ok. 78% azotu i 21% tlenu. Z prawa Daltona wynika zatem,»e sam azot generuje ci±nienie 0,78 bar, za± tlen 0,21 bar. Zad. Mieszanina 32% tlenu i 68% azotu zostaªa zanurzona na gª boko± 20 metrów. Jakie s ci±nienia parcjalne poszczególnych skªadowych?

51 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 17 / 47 Zjawisko kawitacji Ruch ciaªa zanurzonego w wodzie generuje lokalne strumienie, które charakteryzuj si spadkiem ci±nienia wzgl dem otaczaj cej wody (konsekwencja równania Bernoulliego): v p ρ = const.

52 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 17 / 47 Zjawisko kawitacji Ruch ciaªa zanurzonego w wodzie generuje lokalne strumienie, które charakteryzuj si spadkiem ci±nienia wzgl dem otaczaj cej wody (konsekwencja równania Bernoulliego): v p ρ = const. Wraz ze spadkiem ci±nienia, spada temperatura wrzenia wody. Dostatecznie du»a pr dko± ciaªa wzgl dem wody, mo»e doprowadzi do wrzenia wody w temperaturze otoczenia.

53 M. Przybyªa To wyja±nia (Tritonistnienie Ko±cian) b bli pojawiaj cych Fizyka si za ±rub p dnika motorówki. 17 / 47 Zjawisko kawitacji Ruch ciaªa zanurzonego w wodzie generuje lokalne strumienie, które charakteryzuj si spadkiem ci±nienia wzgl dem otaczaj cej wody (konsekwencja równania Bernoulliego): v p ρ = const. Wraz ze spadkiem ci±nienia, spada temperatura wrzenia wody. Dostatecznie du»a pr dko± ciaªa wzgl dem wody, mo»e doprowadzi do wrzenia wody w temperaturze otoczenia.

54 Przemiany gazowe M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 18 / 47

55 1 Powietrze nie jest gazem doskonaªym - stosujemy przybli»enie. M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 19 / 47 Równanie Clapeyrona Temperatura (T ), ci±nienie (P) i obj to± (V ) jak zajmuje pewna masa gazu doskonaªego 1 s ze sob ±ci±le powi zane równaniem Clapeyrona: P V T = n R = const. (2)

56 1 Powietrze nie jest gazem doskonaªym - stosujemy przybli»enie. M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 19 / 47 Równanie Clapeyrona Temperatura (T ), ci±nienie (P) i obj to± (V ) jak zajmuje pewna masa gazu doskonaªego 1 s ze sob ±ci±le powi zane równaniem Clapeyrona: P V T = n R = const. (2) Oznacza to,»e je±li dowolna z wielko±ci po lewej stronie ulegnie zmianie, pozostaªe zmieni si w taki sposób by równo± pozostaªa zachowana.

57 1 Powietrze nie jest gazem doskonaªym - stosujemy przybli»enie. M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 19 / 47 Równanie Clapeyrona Temperatura (T ), ci±nienie (P) i obj to± (V ) jak zajmuje pewna masa gazu doskonaªego 1 s ze sob ±ci±le powi zane równaniem Clapeyrona: P V T = n R = const. (2) Oznacza to,»e je±li dowolna z wielko±ci po lewej stronie ulegnie zmianie, pozostaªe zmieni si w taki sposób by równo± pozostaªa zachowana. Mo»emy wyró»ni trzy gªówne przemiany gazowe wyprowadzone z równania Clapeyrona:

58 1 Powietrze nie jest gazem doskonaªym - stosujemy przybli»enie. M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 19 / 47 Równanie Clapeyrona Temperatura (T ), ci±nienie (P) i obj to± (V ) jak zajmuje pewna masa gazu doskonaªego 1 s ze sob ±ci±le powi zane równaniem Clapeyrona: P V T = n R = const. (2) Oznacza to,»e je±li dowolna z wielko±ci po lewej stronie ulegnie zmianie, pozostaªe zmieni si w taki sposób by równo± pozostaªa zachowana. Mo»emy wyró»ni trzy gªówne przemiany gazowe wyprowadzone z równania Clapeyrona: przemiana izotermiczna (T = const),

59 1 Powietrze nie jest gazem doskonaªym - stosujemy przybli»enie. M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 19 / 47 Równanie Clapeyrona Temperatura (T ), ci±nienie (P) i obj to± (V ) jak zajmuje pewna masa gazu doskonaªego 1 s ze sob ±ci±le powi zane równaniem Clapeyrona: P V T = n R = const. (2) Oznacza to,»e je±li dowolna z wielko±ci po lewej stronie ulegnie zmianie, pozostaªe zmieni si w taki sposób by równo± pozostaªa zachowana. Mo»emy wyró»ni trzy gªówne przemiany gazowe wyprowadzone z równania Clapeyrona: przemiana izotermiczna (T = const), przemiana izobaryczna (P = const),

60 1 Powietrze nie jest gazem doskonaªym - stosujemy przybli»enie. M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 19 / 47 Równanie Clapeyrona Temperatura (T ), ci±nienie (P) i obj to± (V ) jak zajmuje pewna masa gazu doskonaªego 1 s ze sob ±ci±le powi zane równaniem Clapeyrona: P V T = n R = const. (2) Oznacza to,»e je±li dowolna z wielko±ci po lewej stronie ulegnie zmianie, pozostaªe zmieni si w taki sposób by równo± pozostaªa zachowana. Mo»emy wyró»ni trzy gªówne przemiany gazowe wyprowadzone z równania Clapeyrona: przemiana izotermiczna (T = const), przemiana izobaryczna (P = const), przemiana izochoryczna (V = const).

61 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 20 / 47 Przemiana Izotermiczna Gdy podczas zmiany stanu gazu jego temperatura pozostaje niezmienna, mamy do czynienia z przemian izotermiczn opisan prawem Boyle'a-Mariotte'a: P V = const. (3)

62 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 20 / 47 Przemiana Izotermiczna Gdy podczas zmiany stanu gazu jego temperatura pozostaje niezmienna, mamy do czynienia z przemian izotermiczn opisan prawem Boyle'a-Mariotte'a: P V = const. (3) Aby równo± byªa zachowana, wraz ze wzrostem ci±nienia obj to± gazu maleje i odwrotnie.

63 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 21 / 47 Przemiana Izotermiczna - zadanie 1 Zad. Pªywak o pojemno±ci pªuc 5 l wzi ª na powierzchni peªen wdech, po czym zanurzyª si na gª boko± 10 m. Jaka jest teraz obj to± gazu w jego pªucach?

64 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 21 / 47 Przemiana Izotermiczna - zadanie 1 Zad. Pªywak o pojemno±ci pªuc 5 l wzi ª na powierzchni peªen wdech, po czym zanurzyª si na gª boko± 10 m. Jaka jest teraz obj to± gazu w jego pªucach? Dane: P 1 = 1 at, V 1 = 5 l, P 2 = 2 at (bo d = 10 m P = 2 at), V 2 =?

65 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 21 / 47 Przemiana Izotermiczna - zadanie 1 Zad. Pªywak o pojemno±ci pªuc 5 l wzi ª na powierzchni peªen wdech, po czym zanurzyª si na gª boko± 10 m. Jaka jest teraz obj to± gazu w jego pªucach? Dane: P 1 = 1 at, V 1 = 5 l, P 2 = 2 at (bo d = 10 m P = 2 at), V 2 =? Zgodnie z równaniem Boyle'a-Mariotte'a, mo»emy zapisa : P 1 V 1 = P 2 V 2

66 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 21 / 47 Przemiana Izotermiczna - zadanie 1 Zad. Pªywak o pojemno±ci pªuc 5 l wzi ª na powierzchni peªen wdech, po czym zanurzyª si na gª boko± 10 m. Jaka jest teraz obj to± gazu w jego pªucach? Dane: P 1 = 1 at, V 1 = 5 l, P 2 = 2 at (bo d = 10 m P = 2 at), V 2 =? Zgodnie z równaniem Boyle'a-Mariotte'a, mo»emy zapisa : P 1 V 1 = P 2 V 2 Podstawiaj c dane do wzoru otrzymujemy: 1 at 5 l = 2 at V 2

67 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 21 / 47 Przemiana Izotermiczna - zadanie 1 Zad. Pªywak o pojemno±ci pªuc 5 l wzi ª na powierzchni peªen wdech, po czym zanurzyª si na gª boko± 10 m. Jaka jest teraz obj to± gazu w jego pªucach? Dane: P 1 = 1 at, V 1 = 5 l, P 2 = 2 at (bo d = 10 m P = 2 at), V 2 =? Zgodnie z równaniem Boyle'a-Mariotte'a, mo»emy zapisa : P 1 V 1 = P 2 V 2 Podstawiaj c dane do wzoru otrzymujemy: 1 at 5 l = 2 at V 2 Po przeksztaªceniu wzoru otrzymujemy wynik: V 2 = 2,5 l. A zatem pªuca nurka skurczyªy si dwukrotnie.

68 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 22 / 47 Przemiana Izotermiczna - zadanie 2 Zad. Pªetwonurek o pojemno±ci pªuc 6 l wzi ª peªny wdech z automatu oddechowego na gª boko±ci 20 m i nie wykonuj c wydechu wynurzyª si na powierzchni. Do jakiej obj to±ci rozszerzy si gaz w jego pªucach?

69 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 22 / 47 Przemiana Izotermiczna - zadanie 2 Zad. Pªetwonurek o pojemno±ci pªuc 6 l wzi ª peªny wdech z automatu oddechowego na gª boko±ci 20 m i nie wykonuj c wydechu wynurzyª si na powierzchni. Do jakiej obj to±ci rozszerzy si gaz w jego pªucach? Dane: P 1 = 3 at, V 1 = 6 l, P 2 = 1 at, V 2 =?

70 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 22 / 47 Przemiana Izotermiczna - zadanie 2 Zad. Pªetwonurek o pojemno±ci pªuc 6 l wzi ª peªny wdech z automatu oddechowego na gª boko±ci 20 m i nie wykonuj c wydechu wynurzyª si na powierzchni. Do jakiej obj to±ci rozszerzy si gaz w jego pªucach? Dane: P 1 = 3 at, V 1 = 6 l, P 2 = 1 at, V 2 =? Zgodnie z równaniem Boyle'a-Mariotte'a, mo»emy zapisa : P 1 V 1 = P 2 V 2

71 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 22 / 47 Przemiana Izotermiczna - zadanie 2 Zad. Pªetwonurek o pojemno±ci pªuc 6 l wzi ª peªny wdech z automatu oddechowego na gª boko±ci 20 m i nie wykonuj c wydechu wynurzyª si na powierzchni. Do jakiej obj to±ci rozszerzy si gaz w jego pªucach? Dane: P 1 = 3 at, V 1 = 6 l, P 2 = 1 at, V 2 =? Zgodnie z równaniem Boyle'a-Mariotte'a, mo»emy zapisa : P 1 V 1 = P 2 V 2 Podstawiaj c dane do wzoru otrzymujemy: 3 at 6 l = 1 at V 2

72 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 22 / 47 Przemiana Izotermiczna - zadanie 2 Zad. Pªetwonurek o pojemno±ci pªuc 6 l wzi ª peªny wdech z automatu oddechowego na gª boko±ci 20 m i nie wykonuj c wydechu wynurzyª si na powierzchni. Do jakiej obj to±ci rozszerzy si gaz w jego pªucach? Dane: P 1 = 3 at, V 1 = 6 l, P 2 = 1 at, V 2 =? Zgodnie z równaniem Boyle'a-Mariotte'a, mo»emy zapisa : P 1 V 1 = P 2 V 2 Podstawiaj c dane do wzoru otrzymujemy: 3 at 6 l = 1 at V 2 Po przeksztaªceniu wzoru otrzymujemy wynik: V 2 = 18 l! A zatem pªuca nurka eksplodowaªyby!

73 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 23 / 47 Przemiana Izotermiczna - zadanie 3 Zad. W butli o pojemno±ci 12 l znajduje si powietrze spr»one do 140 at. Ile litrów b dzie zajmowa powietrze po wypuszczeniu go na powierzchni? (Pomin zmiany temperatury.)

74 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 23 / 47 Przemiana Izotermiczna - zadanie 3 Zad. W butli o pojemno±ci 12 l znajduje si powietrze spr»one do 140 at. Ile litrów b dzie zajmowa powietrze po wypuszczeniu go na powierzchni? (Pomin zmiany temperatury.) Dane: P 1 = 140 at, V 1 = 12 l, P 2 = 1 at, V 2 =?

75 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 23 / 47 Przemiana Izotermiczna - zadanie 3 Zad. W butli o pojemno±ci 12 l znajduje si powietrze spr»one do 140 at. Ile litrów b dzie zajmowa powietrze po wypuszczeniu go na powierzchni? (Pomin zmiany temperatury.) Dane: P 1 = 140 at, V 1 = 12 l, P 2 = 1 at, V 2 =? Poniewa» temperatura si nie zmienia, mamy do czynienia z przemian izotermiczn : P 1 V 1 = P 2 V 2

76 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 23 / 47 Przemiana Izotermiczna - zadanie 3 Zad. W butli o pojemno±ci 12 l znajduje si powietrze spr»one do 140 at. Ile litrów b dzie zajmowa powietrze po wypuszczeniu go na powierzchni? (Pomin zmiany temperatury.) Dane: P 1 = 140 at, V 1 = 12 l, P 2 = 1 at, V 2 =? Poniewa» temperatura si nie zmienia, mamy do czynienia z przemian izotermiczn : P 1 V 1 = P 2 V 2 Podstawiaj c dane do wzoru otrzymujemy: 140 at 12 l = 1 at V 2

77 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 23 / 47 Przemiana Izotermiczna - zadanie 3 Zad. W butli o pojemno±ci 12 l znajduje si powietrze spr»one do 140 at. Ile litrów b dzie zajmowa powietrze po wypuszczeniu go na powierzchni? (Pomin zmiany temperatury.) Dane: P 1 = 140 at, V 1 = 12 l, P 2 = 1 at, V 2 =? Poniewa» temperatura si nie zmienia, mamy do czynienia z przemian izotermiczn : P 1 V 1 = P 2 V 2 Podstawiaj c dane do wzoru otrzymujemy: 140 at 12 l = 1 at V 2 Po przeksztaªceniu wzoru otrzymujemy wynik: V 2 = 1680 l. Jest to ilo±, która wystarczy na godzin oddychania na powierzchni.

78 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 24 / 47 Przemiana Izobaryczna Gdy podczas zmiany stanu gazu jego ci±nienie pozostaje niezmienne, mamy do czynienia z przemian izobaryczn opisan prawem Gay-Lussaca: V = const. (4) T

79 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 24 / 47 Przemiana Izobaryczna Gdy podczas zmiany stanu gazu jego ci±nienie pozostaje niezmienne, mamy do czynienia z przemian izobaryczn opisan prawem Gay-Lussaca: V = const. (4) T Gdy ogrzejemy pewn mas gazu zawart w rozszerzalnym naczyniu, zajmowana przez ni obj to± wzro±nie.

80 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 25 / 47 Przemiana Izochoryczna Gdy podczas zmiany stanu gazu jego obj to± pozostaje niezmienna, mamy do czynienia z przemian izochoryczn opisan prawem Charles'a: P T = const. (5)

81 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 25 / 47 Przemiana Izochoryczna Gdy podczas zmiany stanu gazu jego obj to± pozostaje niezmienna, mamy do czynienia z przemian izochoryczn opisan prawem Charles'a: P T = const. (5) Gdy spr»amy powietrze do butli o staªej obj to±ci, temperatura wewn trz ro±nie. Gdy pó¹niej schªodzimy butl, manometr poka»e ni»sze ci±nienie.

82 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 26 / 47 Wyporno± cieczy i pªywalno±

83 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 27 / 47 Prawo Archimedesa - siªa wyporu Prawo Archimedesa Na ciaªo zanurzone w pªynie dziaªa pionowa, skierowana ku górze siªa wyporu. Warto± siªy jest równa ci»arowi wypartego pªynu.

84 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 27 / 47 Prawo Archimedesa - siªa wyporu Prawo Archimedesa Na ciaªo zanurzone w pªynie dziaªa pionowa, skierowana ku górze siªa wyporu. Warto± siªy jest równa ci»arowi wypartego pªynu. Archimedes odkryª,»e ciaªa zanurzone w pªynach pozornie trac wag o tyle kg, ile kg pªynu wypr.

85 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 27 / 47 Prawo Archimedesa - siªa wyporu Prawo Archimedesa Na ciaªo zanurzone w pªynie dziaªa pionowa, skierowana ku górze siªa wyporu. Warto± siªy jest równa ci»arowi wypartego pªynu. Archimedes odkryª,»e ciaªa zanurzone w pªynach pozornie trac wag o tyle kg, ile kg pªynu wypr. Jest to spowodowane tym,»e ci±nienie wody ro±nie wraz z gª boko±ci i u spodu ciaªa napiera na nie bardziej ni» u góry.

86 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 28 / 47 Siªa wyporu w uj ciu fizykalnym Siªa wyporu zanurzonego ciaªa wyra»a si wzorem: F w = g m p = g ρ p V p, (6) gdzie g to przyspieszenie grawitacyjne Ziemi, m p to masa wypartego pªynu, ρ p to g sto± pªynu, za± V p oznacza obj to± wypartego pªynu.

87 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 28 / 47 Siªa wyporu w uj ciu fizykalnym Siªa wyporu zanurzonego ciaªa wyra»a si wzorem: F w = g m p = g ρ p V p, (6) gdzie g to przyspieszenie grawitacyjne Ziemi, m p to masa wypartego pªynu, ρ p to g sto± pªynu, za± V p oznacza obj to± wypartego pªynu. Ze wzoru wysnu mo»na nast puj ce wnioski:

88 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 28 / 47 Siªa wyporu w uj ciu fizykalnym Siªa wyporu zanurzonego ciaªa wyra»a si wzorem: F w = g m p = g ρ p V p, (6) gdzie g to przyspieszenie grawitacyjne Ziemi, m p to masa wypartego pªynu, ρ p to g sto± pªynu, za± V p oznacza obj to± wypartego pªynu. Ze wzoru wysnu mo»na nast puj ce wnioski: siªa wyporu jest tym wi ksza, im g stszy jest pªyn,

89 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 28 / 47 Siªa wyporu w uj ciu fizykalnym Siªa wyporu zanurzonego ciaªa wyra»a si wzorem: F w = g m p = g ρ p V p, (6) gdzie g to przyspieszenie grawitacyjne Ziemi, m p to masa wypartego pªynu, ρ p to g sto± pªynu, za± V p oznacza obj to± wypartego pªynu. Ze wzoru wysnu mo»na nast puj ce wnioski: siªa wyporu jest tym wi ksza, im g stszy jest pªyn, siªa wyporu jest tym wi ksza, im wi ksza jest obj to± zanurzonego ciaªa.

90 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 29 / 47 Siªa wyporu - zadanie Zad. Jaka jest warto± siªy wyporu dziaªaj cej na napeªnion powietrzem, 500-litrow poduszk wyporno±ciow, któr caªkowicie zanurzono w wodzie? Obj to± materiaªu pomin.

91 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 29 / 47 Siªa wyporu - zadanie Zad. Jaka jest warto± siªy wyporu dziaªaj cej na napeªnion powietrzem, 500-litrow poduszk wyporno±ciow, któr caªkowicie zanurzono w wodzie? Obj to± materiaªu pomin. Dane: g = 9,8 m/s 2, V p = 500 l = 0,5 m 3, ρ p = 1000 kg/m 3

92 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 29 / 47 Siªa wyporu - zadanie Zad. Jaka jest warto± siªy wyporu dziaªaj cej na napeªnion powietrzem, 500-litrow poduszk wyporno±ciow, któr caªkowicie zanurzono w wodzie? Obj to± materiaªu pomin. Dane: g = 9,8 m/s 2, V p = 500 l = 0,5 m 3, ρ p = 1000 kg/m 3 Zgodnie z prawem Archimedesa: F w = g ρ p V p

93 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 29 / 47 Siªa wyporu - zadanie Zad. Jaka jest warto± siªy wyporu dziaªaj cej na napeªnion powietrzem, 500-litrow poduszk wyporno±ciow, któr caªkowicie zanurzono w wodzie? Obj to± materiaªu pomin. Dane: g = 9,8 m/s 2, V p = 500 l = 0,5 m 3, ρ p = 1000 kg/m 3 Zgodnie z prawem Archimedesa: F w = g ρ p V p Podstawiaj c dane do wzoru otrzymyjemy: F w = 9,8 m/s 2 0,5 m kg/m 3 = 4900 N

94 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 30 / 47 Pªywalno± ciaª zanurzonych Oprócz siªy wyporu F w, na ciaªo dziaªa tak»e skierowana pionowo w dóª siªa ci»ko±ci G. Jest ona wprost proporcjonalna do masy ciaªa i wyra»a si wzorem: G = g m c = g ρ c V c, (7) gdzie m c oznacza mas ciaªa, za± ρ c i V c odpowiednio jego g sto± i obj to±.

95 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 30 / 47 Pªywalno± ciaª zanurzonych Oprócz siªy wyporu F w, na ciaªo dziaªa tak»e skierowana pionowo w dóª siªa ci»ko±ci G. Jest ona wprost proporcjonalna do masy ciaªa i wyra»a si wzorem: G = g m c = g ρ c V c, (7) gdzie m c oznacza mas ciaªa, za± ρ c i V c odpowiednio jego g sto± i obj to±. Porównuj c siª ci»ko±ci i siª wyporu mo»emy wyró»ni trzy przypadki:

96 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 30 / 47 Pªywalno± ciaª zanurzonych Oprócz siªy wyporu F w, na ciaªo dziaªa tak»e skierowana pionowo w dóª siªa ci»ko±ci G. Jest ona wprost proporcjonalna do masy ciaªa i wyra»a si wzorem: G = g m c = g ρ c V c, (7) gdzie m c oznacza mas ciaªa, za± ρ c i V c odpowiednio jego g sto± i obj to±. Porównuj c siª ci»ko±ci i siª wyporu mo»emy wyró»ni trzy przypadki: G > F w - pªywalno± ujemna (ciaªo tonie),

97 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 30 / 47 Pªywalno± ciaª zanurzonych Oprócz siªy wyporu F w, na ciaªo dziaªa tak»e skierowana pionowo w dóª siªa ci»ko±ci G. Jest ona wprost proporcjonalna do masy ciaªa i wyra»a si wzorem: G = g m c = g ρ c V c, (7) gdzie m c oznacza mas ciaªa, za± ρ c i V c odpowiednio jego g sto± i obj to±. Porównuj c siª ci»ko±ci i siª wyporu mo»emy wyró»ni trzy przypadki: G > F w - pªywalno± ujemna (ciaªo tonie), G < F w - pªywalno± dodatnia (ciaªo wynurza si ),

98 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 30 / 47 Pªywalno± ciaª zanurzonych Oprócz siªy wyporu F w, na ciaªo dziaªa tak»e skierowana pionowo w dóª siªa ci»ko±ci G. Jest ona wprost proporcjonalna do masy ciaªa i wyra»a si wzorem: G = g m c = g ρ c V c, (7) gdzie m c oznacza mas ciaªa, za± ρ c i V c odpowiednio jego g sto± i obj to±. Porównuj c siª ci»ko±ci i siª wyporu mo»emy wyró»ni trzy przypadki: G > F w - pªywalno± ujemna (ciaªo tonie), G < F w - pªywalno± dodatnia (ciaªo wynurza si ), G = F w - pªywalno± zerowa (ciaªo nie porusza si w pionie).

99 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 31 / 47 Pªywalno± ciaª zanurzonych Przyrównuj c wzory (6) i (7) otrzymujemy zale»no± : g ρ p V p = g ρ c V c (8)

100 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 31 / 47 Pªywalno± ciaª zanurzonych Przyrównuj c wzory (6) i (7) otrzymujemy zale»no± : g ρ p V p = g ρ c V c (8) Przyspieszenie grawitacyjne w obu przypadkach jest takie samo, za± obj to± wypartego pªynu V p równa jest obj to±ci ciaªa V c, a zatem: ρ p = ρ c

101 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 31 / 47 Pªywalno± ciaª zanurzonych Przyrównuj c wzory (6) i (7) otrzymujemy zale»no± : g ρ p V p = g ρ c V c (8) Przyspieszenie grawitacyjne w obu przypadkach jest takie samo, za± obj to± wypartego pªynu V p równa jest obj to±ci ciaªa V c, a zatem: ρ p = ρ c Wynika z tego,»e pªywalno± ciaªa w danej cieczy jest bezpo±rednio zwi zana z ró»nic g sto±ci pomi dzy nimi.

102 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 31 / 47 Pªywalno± ciaª zanurzonych Przyrównuj c wzory (6) i (7) otrzymujemy zale»no± : g ρ p V p = g ρ c V c (8) Przyspieszenie grawitacyjne w obu przypadkach jest takie samo, za± obj to± wypartego pªynu V p równa jest obj to±ci ciaªa V c, a zatem: ρ p = ρ c Wynika z tego,»e pªywalno± ciaªa w danej cieczy jest bezpo±rednio zwi zana z ró»nic g sto±ci pomi dzy nimi. Ciekawostka W temperaturze 0 o C g sto± lodu jest o ok. 10% mniejsza ni» wody. Oznacza to,»e niemal 90% masy góry lodowej zanurzone jest pod wod!

103 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 32 / 47 Pªywalno± - zadanie Zad. Pªywak o pojemno±ci pªuc 6 l po wzi ciu peªnego wdechu posiada wyporno± 10 N. Jaka jest jego wyporno± po zanurzeniu si na 20 m?

104 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 32 / 47 Pªywalno± - zadanie Zad. Pªywak o pojemno±ci pªuc 6 l po wzi ciu peªnego wdechu posiada wyporno± 10 N. Jaka jest jego wyporno± po zanurzeniu si na 20 m? Dane: P 1 = 1 at, V 1 = 6 l, P 2 = 3 at, F w1 = 10 N, g = 9,8 m/s 2, ρ p = 1 kg/l

105 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 32 / 47 Pªywalno± - zadanie Zad. Pªywak o pojemno±ci pªuc 6 l po wzi ciu peªnego wdechu posiada wyporno± 10 N. Jaka jest jego wyporno± po zanurzeniu si na 20 m? Dane: P 1 = 1 at, V 1 = 6 l, P 2 = 3 at, F w1 = 10 N, g = 9,8 m/s 2, ρ p = 1 kg/l W pierwszej kolejno±ci obliczymy jak zmieni si obj to± pªuc nurka korzystaj c z przemiany izotermicznej: 1 at 6 l = 3 at V 2 V 2 = 2 l

106 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 32 / 47 Pªywalno± - zadanie Zad. Pªywak o pojemno±ci pªuc 6 l po wzi ciu peªnego wdechu posiada wyporno± 10 N. Jaka jest jego wyporno± po zanurzeniu si na 20 m? Dane: P 1 = 1 at, V 1 = 6 l, P 2 = 3 at, F w1 = 10 N, g = 9,8 m/s 2, ρ p = 1 kg/l W pierwszej kolejno±ci obliczymy jak zmieni si obj to± pªuc nurka korzystaj c z przemiany izotermicznej: 1 at 6 l = 3 at V 2 V 2 = 2 l Pªuca nurka skurczyªy si o V = 4 l. Oznacza to,»e nurek wypiera teraz 4 l wody mniej, a wi c jego pªywalno± spadnie o: F w2 = g ρ p V = 9,8 m/s 2 1 kg/l 4 l = 39,2 N

107 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 32 / 47 Pªywalno± - zadanie Zad. Pªywak o pojemno±ci pªuc 6 l po wzi ciu peªnego wdechu posiada wyporno± 10 N. Jaka jest jego wyporno± po zanurzeniu si na 20 m? Dane: P 1 = 1 at, V 1 = 6 l, P 2 = 3 at, F w1 = 10 N, g = 9,8 m/s 2, ρ p = 1 kg/l W pierwszej kolejno±ci obliczymy jak zmieni si obj to± pªuc nurka korzystaj c z przemiany izotermicznej: 1 at 6 l = 3 at V 2 V 2 = 2 l Pªuca nurka skurczyªy si o V = 4 l. Oznacza to,»e nurek wypiera teraz 4 l wody mniej, a wi c jego pªywalno± spadnie o: F w2 = g ρ p V = 9,8 m/s 2 1 kg/l 4 l = 39,2 N Ko«cowa siªa wyporu dziaªaj ca na pªywaka wynosi: F w1 F w2 = 29,2 N.

108 Problem utraty ciepªa M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 33 / 47

109 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 34 / 47 Przekazywanie ciepªa W naturze wszystko d»y do wyrównania. Tyczy si to tak»e temperatury. Temperatura odwzorowuje energi wewn trzn danego ciaªa. Czªowiek/ciaªo mo»e przekaza energi ciepln poprzez:

110 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 34 / 47 Przekazywanie ciepªa W naturze wszystko d»y do wyrównania. Tyczy si to tak»e temperatury. Temperatura odwzorowuje energi wewn trzn danego ciaªa. Czªowiek/ciaªo mo»e przekaza energi ciepln poprzez: przewodnictwo - bezpo±rednie zderzanie si atomów,

111 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 34 / 47 Przekazywanie ciepªa W naturze wszystko d»y do wyrównania. Tyczy si to tak»e temperatury. Temperatura odwzorowuje energi wewn trzn danego ciaªa. Czªowiek/ciaªo mo»e przekaza energi ciepln poprzez: przewodnictwo - bezpo±rednie zderzanie si atomów, promieniowanie - emitowanie fal elektromagnetycznych.

112 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 34 / 47 Przekazywanie ciepªa W naturze wszystko d»y do wyrównania. Tyczy si to tak»e temperatury. Temperatura odwzorowuje energi wewn trzn danego ciaªa. Czªowiek/ciaªo mo»e przekaza energi ciepln poprzez: przewodnictwo - bezpo±rednie zderzanie si atomów, promieniowanie - emitowanie fal elektromagnetycznych. Zapami taj Pró»nia jest dobrym izolatorem termicznym poniewa» nie zawiera materii, która mo»e przewodzi ciepªo. Herbata w termosie nadal jednak traci ciepªo poprzez promieniowanie.

113 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 35 / 47 Gªówne ¹ródªa utraty ciepªa Temperatura ciaªa zdrowego czªowieka to 36,6 o C. Kontakt pªetwonurka z wod powoduje staªe jej podgrzewanie poprzez przewodnictwo. Najbardziej nara»ona na utrat ciepªa jest gªowa.

114 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 35 / 47 Gªówne ¹ródªa utraty ciepªa Temperatura ciaªa zdrowego czªowieka to 36,6 o C. Kontakt pªetwonurka z wod powoduje staªe jej podgrzewanie poprzez przewodnictwo. Najbardziej nara»ona na utrat ciepªa jest gªowa. Z ka»dym wdechem do naszych pªuc dostaje si zimne powietrze, które tam zostaje ogrzane, a nast pnie wydychane w to«wodn.

115 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 35 / 47 Gªówne ¹ródªa utraty ciepªa Temperatura ciaªa zdrowego czªowieka to 36,6 o C. Kontakt pªetwonurka z wod powoduje staªe jej podgrzewanie poprzez przewodnictwo. Najbardziej nara»ona na utrat ciepªa jest gªowa. Z ka»dym wdechem do naszych pªuc dostaje si zimne powietrze, które tam zostaje ogrzane, a nast pnie wydychane w to«wodn. Uwaga! Przed nurkowaniem nale»y wykona rozgrzewk i odpowiednio si posili (wzi ze sob zapas energii).

116 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 36 / 47 Wybrane zagadnienia optyki

117 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 37 / 47 wiatªo wiatªo pozwala nam ogl da otaczaj cy nas ±wiat. Receptory, które reaguj na ±wiatªo to czopki i pr ciki w naszych oczach.

118 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 37 / 47 wiatªo wiatªo pozwala nam ogl da otaczaj cy nas ±wiat. Receptory, które reaguj na ±wiatªo to czopki i pr ciki w naszych oczach. wiatªo widzialne to fala elektromagnetyczna, której dªugo± mie±ci si w zakresie nm. wiatªo w pró»ni (brak materii) rozchodzi si z pr dko±ci blisk km/s.

119 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 38 / 47 Absorpcja ±wiatªa pod wod Gdy fala ±wietlna natraa na materi, mo»e by przez ni caªkowicie lub cz ±ciowo zaabsorbowana.

120 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 38 / 47 Absorpcja ±wiatªa pod wod Gdy fala ±wietlna natraa na materi, mo»e by przez ni caªkowicie lub cz ±ciowo zaabsorbowana. wiatªo biaªe to tak naprawd mieszanina wszystkich barw (cz stotliwo±ci).

121 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 38 / 47 Absorpcja ±wiatªa pod wod Gdy fala ±wietlna natraa na materi, mo»e by przez ni caªkowicie lub cz ±ciowo zaabsorbowana. wiatªo biaªe to tak naprawd mieszanina wszystkich barw (cz stotliwo±ci). Promie«sªoneczny przebijaj cy si przez kolejne warstwy wody wytraca kolejne skªadowe fali (kolory).

122 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 38 / 47 Absorpcja ±wiatªa pod wod Gdy fala ±wietlna natraa na materi, mo»e by przez ni caªkowicie lub cz ±ciowo zaabsorbowana. wiatªo biaªe to tak naprawd mieszanina wszystkich barw (cz stotliwo±ci). Promie«sªoneczny przebijaj cy si przez kolejne warstwy wody wytraca kolejne skªadowe fali (kolory). Kolejno± zanikania barw pod wod to: czerwony (niska energia), pomara«czowy,»óªty, zielony, niebieski (wysoka energia).

123 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 38 / 47 Absorpcja ±wiatªa pod wod Gdy fala ±wietlna natraa na materi, mo»e by przez ni caªkowicie lub cz ±ciowo zaabsorbowana. wiatªo biaªe to tak naprawd mieszanina wszystkich barw (cz stotliwo±ci). Promie«sªoneczny przebijaj cy si przez kolejne warstwy wody wytraca kolejne skªadowe fali (kolory). Kolejno± zanikania barw pod wod to: czerwony (niska energia), pomara«czowy,»óªty, zielony, niebieski (wysoka energia). Jaskrawe elementy stan si blade ju» na gª boko±ci kilku metrów.

124 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 39 / 47 Absorpcja ±wiatªa w jeziorach Wody jezior zawieraj zwykle znaczne ilo±ci glonów, które absorbuj spor cz ± promieni ±wietlnych z zakresu czerwieni i bª kitu.

125 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 39 / 47 Absorpcja ±wiatªa w jeziorach Wody jezior zawieraj zwykle znaczne ilo±ci glonów, które absorbuj spor cz ± promieni ±wietlnych z zakresu czerwieni i bª kitu. Dobry fotograf musi wyposa»y si w silne ¹ródªo ±wiatªa, je»eli chce uzyska zdj cia o»ywych barwach.

126 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 40 / 47 Zjawisko refrakcji - zaªamanie ±wiatªa W zale»no±ci od o±rodka, w którym rozchodzi si ±wiatªo, ma ono ró»n pr dko±. Nast pstwem tego jest zmiana kierunku rozchodzenia si fali ±wietlnej w momencie przej±cia pomi dzy o±rodkami o ró»nych g sto±ciach optycznych (prawo Snelliusa).

127 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 40 / 47 Zjawisko refrakcji - zaªamanie ±wiatªa W zale»no±ci od o±rodka, w którym rozchodzi si ±wiatªo, ma ono ró»n pr dko±. Nast pstwem tego jest zmiana kierunku rozchodzenia si fali ±wietlnej w momencie przej±cia pomi dzy o±rodkami o ró»nych g sto±ciach optycznych (prawo Snelliusa). Ciekawostka Fatamorgana (mira») jest wynikiem zaªamania ±wiatªa mi dzy ciepªym i chªodnym powietrzem. Przykªadem mira»u s kaªu»e widziane na szosie w upalne dni.

128 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 41 / 47 Refrakcja, a widzenie pod wod Podczas nurkowania promie«±wietlny dociera do wn trza naszego oka poprzez: wod szkªo powietrze rogówk co w znacz cy sposób znieksztaªca jego pierwotny kierunek.

129 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 41 / 47 Refrakcja, a widzenie pod wod Podczas nurkowania promie«±wietlny dociera do wn trza naszego oka poprzez: wod szkªo powietrze rogówk co w znacz cy sposób znieksztaªca jego pierwotny kierunek. Znieksztaªcony promie«powoduje,»e widzimy obraz przybli»ony o 1 4 i powi kszony o 1 3.

130 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 41 / 47 Refrakcja, a widzenie pod wod Podczas nurkowania promie«±wietlny dociera do wn trza naszego oka poprzez: wod szkªo powietrze rogówk co w znacz cy sposób znieksztaªca jego pierwotny kierunek. Znieksztaªcony promie«powoduje,»e widzimy obraz przybli»ony o 1 4 i powi kszony o 1 3. Zapami taj Chwytanie czego± pod wod nie jest a» tak proste ze wzgl du na ogªupienie zmysªu wzroku.

131 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 42 / 47 Wybrane zagadnienia akustyki

132 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 43 / 47 D¹wi k D¹wi k rozchodzi si w o±rodkach materialnych w postaci fali akustycznej (fali ci±nienia). Biegn ca fala wprawia cz steczki w drgania powoduj c ich naprzemienne zag szczanie i rozrzedzanie.

133 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 43 / 47 D¹wi k D¹wi k rozchodzi si w o±rodkach materialnych w postaci fali akustycznej (fali ci±nienia). Biegn ca fala wprawia cz steczki w drgania powoduj c ich naprzemienne zag szczanie i rozrzedzanie. D¹wi ki sªyszalne przez czªowieka to fale akustyczne o cz stotliwo±ciach z zakresu 16 Hz 20 khz.

134 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 43 / 47 D¹wi k D¹wi k rozchodzi si w o±rodkach materialnych w postaci fali akustycznej (fali ci±nienia). Biegn ca fala wprawia cz steczki w drgania powoduj c ich naprzemienne zag szczanie i rozrzedzanie. D¹wi ki sªyszalne przez czªowieka to fale akustyczne o cz stotliwo±ciach z zakresu 16 Hz 20 khz. Fale d¹wi kowe mog porusza si zarówno w gazach, cieczach jak i ciaªach staªych.

135 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 43 / 47 D¹wi k D¹wi k rozchodzi si w o±rodkach materialnych w postaci fali akustycznej (fali ci±nienia). Biegn ca fala wprawia cz steczki w drgania powoduj c ich naprzemienne zag szczanie i rozrzedzanie. D¹wi ki sªyszalne przez czªowieka to fale akustyczne o cz stotliwo±ciach z zakresu 16 Hz 20 khz. Fale d¹wi kowe mog porusza si zarówno w gazach, cieczach jak i ciaªach staªych. Ciekawostka Fale sejsmiczne s równie» przykªadem fal akustycznych, rozchodz cych si w litosferze wskutek trz sienia ziemi lub podziemnych eksplozji.

136 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 44 / 47 Propagacja fali d¹wi kowej Pr dko± fali d¹wi kowej jest zale»na od medium, w którym si rozchodzi. Im sztywniejsze medium, tym wi ksza pr dko± propagacji fali. Przybli»ona pr dko± d¹wi ku wynosi:

137 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 44 / 47 Propagacja fali d¹wi kowej Pr dko± fali d¹wi kowej jest zale»na od medium, w którym si rozchodzi. Im sztywniejsze medium, tym wi ksza pr dko± propagacji fali. Przybli»ona pr dko± d¹wi ku wynosi: w powietrzu v = 340 m/s,

138 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 44 / 47 Propagacja fali d¹wi kowej Pr dko± fali d¹wi kowej jest zale»na od medium, w którym si rozchodzi. Im sztywniejsze medium, tym wi ksza pr dko± propagacji fali. Przybli»ona pr dko± d¹wi ku wynosi: w powietrzu v = 340 m/s, w wodzie v = 1500 m/s,

139 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 44 / 47 Propagacja fali d¹wi kowej Pr dko± fali d¹wi kowej jest zale»na od medium, w którym si rozchodzi. Im sztywniejsze medium, tym wi ksza pr dko± propagacji fali. Przybli»ona pr dko± d¹wi ku wynosi: w powietrzu v = 340 m/s, w wodzie v = 1500 m/s, w lodzie v = 3300 m/s.

140 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 44 / 47 Propagacja fali d¹wi kowej Pr dko± fali d¹wi kowej jest zale»na od medium, w którym si rozchodzi. Im sztywniejsze medium, tym wi ksza pr dko± propagacji fali. Przybli»ona pr dko± d¹wi ku wynosi: w powietrzu v = 340 m/s, w wodzie v = 1500 m/s, w lodzie v = 3300 m/s. Gdy jeste±my nad jeziorem cz sto mo»na dosªysze odgªosy dobiegaj ce z jego drugiej strony. Jest to spowodowane wªa±ciwo±ciami wody.

141 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 45 / 47 Zmysª sªuchu pod wod Ludzki zmysª sªuchu przystosowany jest do ±rodowiska powietrznego. Porównuj c sygnaªy docieraj ce do lewego i prawego ucha potramy zgrubnie okre±li sk d dochodzi d¹wi k. Ze wzgl du na zwi kszon pr dko± d¹wi ku pod wod :

142 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 45 / 47 Zmysª sªuchu pod wod Ludzki zmysª sªuchu przystosowany jest do ±rodowiska powietrznego. Porównuj c sygnaªy docieraj ce do lewego i prawego ucha potramy zgrubnie okre±li sk d dochodzi d¹wi k. Ze wzgl du na zwi kszon pr dko± d¹wi ku pod wod : nie jeste±my w stanie okre±li kierunku pochodzenia d¹wi ku,

143 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 45 / 47 Zmysª sªuchu pod wod Ludzki zmysª sªuchu przystosowany jest do ±rodowiska powietrznego. Porównuj c sygnaªy docieraj ce do lewego i prawego ucha potramy zgrubnie okre±li sk d dochodzi d¹wi k. Ze wzgl du na zwi kszon pr dko± d¹wi ku pod wod : nie jeste±my w stanie okre±li kierunku pochodzenia d¹wi ku, zwykle nie potramy okre±li kierunku poruszania si ¹ródªa d¹wi ku.

144 M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 45 / 47 Zmysª sªuchu pod wod Ludzki zmysª sªuchu przystosowany jest do ±rodowiska powietrznego. Porównuj c sygnaªy docieraj ce do lewego i prawego ucha potramy zgrubnie okre±li sk d dochodzi d¹wi k. Uwaga! Ze wzgl du na zwi kszon pr dko± d¹wi ku pod wod : nie jeste±my w stanie okre±li kierunku pochodzenia d¹wi ku, zwykle nie potramy okre±li kierunku poruszania si ¹ródªa d¹wi ku. ruba ªodzi motorowej wydaje pod wod nieprzyjemny d¹wi k i jest sªyszalna z kilkuset metrów. Z tego wzgl du nale»y zachowa szczególn ostro»no± podczas wynurzania.

145 Podsumowanie M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 46 / 47

146 Dzi kuj za uwag! M. Przybyªa (Triton Ko±cian) Fizyka 47 / 47