Fysik 1 – Tryck och lyftkraft sammanfattning
Här nedanför följer instuderingsfrågorna till kapitlet om Tryck och lyftkraft. I detta kapitlet stöter vi på begrepp som barometer, pascals princip, den hydrostatiska paradoxen och storheter som pascal. Vi ger även några tips som kommer förenkla de övningsuppgifter som handlar om Tryck och lyftkraft. Vi rekommenderar att instuderingsfrågorna används för att plugga inför prov men också för att få kluriga begrepp förklarade för sig. De går också jättebra att använda för att du som inte kommit i kontakt med termodynamik innan ska förstå den, men då gärna i kombination med Youtubeklippen från vår Youtubebank. Söker du efter något specifikt begrepp använd då sökrutan till höger eller sökfunktionen i din webbläsare (som öppnas genom att trycka på knapparna ctrl + f samtidigt).
TRYCK HÄR För beräkningsuppgifter till kapitlet om Tryck och Lyftkraft!
Studerar du inför prov och vill förhöra dig själv så finns här instuderingsfrågor utan svar.
Önskar du istället en utskriftsvänlig version av frågorna, skrolla då längst ner på sidan.
Om du ser något som är fel eller en fråga som behöver förklaras så tveka inte utan hör av dig till oss! Det hade uppskattats otroligt mycket, både av oss och alla andra som läser. Tack på förhand!
Arkimedes princip lyder enligt följande
Ett föremål i en gas eller en vätska påverkas av en lyftkraft som är lika stor som tyngden av den undanträngda gasen eller vätskan.
Beteckningar:
\[
F_{\text{lyft}}: \text{ lyftkraften}, \quad \rho: \text{ densiteten för den undanträngda vätskan},
\]
\[
g: \text{ tyngdaccelerationen}, \quad v: \text{ volymen}
\]Lyftkraften ges av:
\[
F_{\text{lyft}} = \rho \times g \times v
\]
Viktigt att tänka på är att densiteten ska vara för den undanträngda massan. Är det en ballong som trycker undan vatten ska densiteten vara för vatten.
Förstod du inte riktigt? Titta på en video om Arkimedes princip.
2. Ge exempel på tryck i vardagen.
Tre exempel på där tryck används i vardagen är hos bromsarna på bilen, lufttryck i däck och larvfötter på grävmaskinen.
3. Vad är lufttryck?
Lufttryck är det tryck som atmosfären utövar på varje föremål som den står i kontakt med. Lufttrycket är lika stort som tyngden av en lodrät luftpelare som sträcker sig från en bestämd nivå till atmosfärens övre gräns. Lufttrycket blir därför lägre desto högre upp i atmosfären man kommer.
Vid beräkningar på lufttryck används NTP (normal temperature and pressure) om inget annat anges. 1 NTP = 101 325 Pa = 1 atm (atomsfär) = 1,01325 bar.
Vill du veta mer? Titta på en video om lufttryck från Youtubebanken.
4. Vad används en barometer till och hur fungerar den?
En barometer används för att mäta lufttryck.
En gammaldags barometer såg ut som på bilden ovan med ett lufftomt överdel, ett rör fyllt med kvicksilver och en öppning där luften kan trycka på kvicksilvret. Lufttrycket kommer då att trycka upp vätskan och om man mäter hur hög kvicksilverpelarens längd är kan man beräkna lufttrycket.
Beteckningar: \[ p: \text{ tryck}, \quad \rho: \text{ vätskans densitet}, \quad g: \text{ tyngdaccelerationen}, \quad h: \text{ vätskepelarens djup} \]
Trycket i en vätska ges av:
\[ p = \rho \times g \times h \]
Klicka här för att se en mycket välgjord video från TedED om hur en barometer fungerar.
5. Vad är skillnaden mellan övertryck och undertryck?
Övertryck uppkommer då ett slutet område har ett högre tryck än omgivningen. Ett exempel på övertryck är en ballong som är fylld med luft. Då trycker luften i ballongen ut ballongen. Undertryck är tvärtom, då ett slutet område har ett lägre tryck än omgivningen och ett exempel på detta är oöppnade syltburkar. De är svåra att öppna på grund av undertrycket. Naturen vill alltid jämna ut ojämlikheter och strävar efter att få ett tryck som är lika överallt. Därför försöker luften trycka sig in i syltburken men det går inte. Istället blir det svårare för dig att öppna men genom att ta en kniv och bända upp locket så utjämnas trycket och det blir lättare för dig att öppna.
På uppgifter där beräkningar på under och övertryck används är ett tips att räkna ut det resulterande trycket. Det gör du genom att ta övertrycket minus undertrycket. Låt oss säga att vi har ett helt slutet rum med bara ett fönster. I rummet är trycket högre än utanför. För att beräkna hur stort trycket är på glaset kan vi först beräkna det resulterande trycket. Det resulterande trycket motsvarar då hur mycket luften i rummet trycker ut fönstret. Vet vi sedan arean på fönstret kan vi beräkna kraften som luften trycker ut genom att använda oss av följande:
\[
p = \frac{F}{A} \quad \Leftrightarrow \quad p \times A = F
\]
6. Vad är vätsketryck?
Vätsketryck är det tryck som nere i en vätska orsakas av vätskans egna tyngd. Hur stort vätsketrycket är beror endast på djupet.
Viktigt att tänka på är att det inte går att komprimera (trycka ihop) en vätska på samma sätt som det går att trycka ihop luft.
Den hydrostatiska paradoxen, beteckningar:
\[
p: \text{ tryck}, \quad \rho: \text{ vätskans densitet}, \quad g: \text{ tyngdaccelerationen}, \quad h: \text{ vätskepelarens djup}
\]
Trycket i en vätska ges av:
\[
p = \rho \times g \times h
\]
Vätsketrycket i en viss punkt beror endast på höjden av vätskepelaren och inte på volymen. Det är alltså samma tryck vätsketryck på en kon som är tio meter hög, har en diameter på 10 meter och har en volym på 262 kubikmeter som på en cylinder med en halvmeters radie som är tio meter hög och rymmer 7.85 kubikmeter. Låter det paradoxalt? Se en video så kanske du övertygas.
Pascals princip: Det tryck som utövas i någon del av en vätska i vila (en vätska som inte accelererar, rör sig eller där det inte tillförs energi) överförs trycket till alla delar av vätskan utan förlust. Trycket ökar alltså lika mycket överallt i vätskan.
Detta tillämpas i både bromsar och domkrafter.
OBS, i många uppgifter där beräkningar med vätsketryck ska göras handlar det ofta om en sjö/hav och då måste trycket från 1 atm adderas på svaret.
Behöver du en till förklaring? Se en video från Youtubebanken.
7. Vad är tryck?
Tryck beskriver hur kraft fördelar sig på en area. Hur stort trycket är beror på hur stort område föremålet tryck på samt med vilken kraft föremålet trycker.
Beteckningar:
\[ \text{Storhet: Pascal } (p) \] \[ F: \text{ kraft}, \quad A: \text{ area} \]
Tryck beräknas enligt: \[ p = \frac{F}{A} \]
Enhet: \[ 1 \text{ Pa} = 1 \frac{N}{m^2} \]
F motsvarar tryckkraften och F är alltid vinkelrät mot ytan. Arean är kontaktytan som tryckkraften trycker på.
Låt Tomas Sverin förklara. Titta på hans video om tryck och tryckkraft.
8. Vad är den allmänna/ideala gaslagen?
Den allmänna/ideala gaslagen beskriver sambandet mellan volym (v), tryck (p) och temperatur (T) (i Kelvin). Viktigt att komma ihåg är att temperaturen ska vara i Kelvin.
Beteckningar:
\[ p: \text{ trycket}, \quad v: \text{ volymen}, \quad T: \text{ temperaturen i K} \]
Den ideala gaslagen säger att: \[ \frac{p v}{T} = \text{konstant} \]
Detta samband gäller för ideala gaser där kollisioner mellan atomer och molekyler är elastiska. I övrigt sker inget energiombyte med omgivningen.
Ett exempel på hur den ideala gaslagen fungerar. Om till exempel trycket ökar med tio procent och volymen är konstant så kommer temperaturen också öka med tio procent för kvoten ska fortfarande vara konstant.
Låt Tomas Sverin förklara. Här hittar du hans video.
9. Vilken enhet ska temperaturen vara när man gör beräkningar med den allmänna gaslagen?
Temperaturen ska vara i Kelvin (K). 0 Kelvin motsvarar -273,15 grader Celsius och 0 grader Celsius motsvarar 273,15 K.
10. Vilka är det olika fallen med föremål i en vätska eller gas?
Det finns fyra olika fall för föremål i en vätska eller gas.
Fall ett – Föremål som flyter i vätska
Då är tyngdkraften lika stor som lyftkraften och därför finns det inte någon resulterande kraft i lodrätt led. Därför flyter föremålet. Volymen för den undantryckta vätskan är mindre än volymen för föremålet.
Beteckningar:
\[
F_g: \text{ tyngdkraften}, \quad F_L: \text{ lyftkraften}
\]
Om ett föremål flyter gäller:
\[
F_g = F_L
\]
Samt att volymen av den undanträngda vätskan är mindre än föremålets volym:
\[
v_{\text{undanträngda vätskan}} < v_{\text{föremålet}}
\]
Fall två – Föremål sjunker i vätska
Då är tyngdkraften större än lyftkraften vilket gör att föremålet accelererar neråt. Volymen för den undantryckta vätskan är lika stor som volymen för föremålet.
Beteckningar:
\[
F_g: \text{ tyngdkraften}, \quad F_L: \text{ lyftkraften}
\]
För ett föremål som sjunker gäller:
\[
F_g > F_L
\]
Samt att volymen av den undanträngda vätskan är lika med föremålets volym:
\[
v_{\text{undanträngda vätskan}} = v_{\text{föremålet}}
\]
Fall tre – Föremål ligger på botten (av en sjö/hav etcetera)
Då är tyngdkraften lika stor som summan av normalkraften och lyftkraften. Det finns därför inte någon resulterande kraft i lodrätt led. Volymen för den undantrycka vätskan är lika stor som volymen för föremålet.
Beteckningar:
\[
F_g: \text{ tyngdkraften}, \quad F_L: \text{ lyftkraften}, \quad F_N: \text{ normalkraften}
\]
För ett föremål som ligger på botten i en vätska gäller:
\[
F_g = F_N + F_L
\]
Samt att volymen av den undanträngda vätskan är lika med föremålets volym:
\[
v_{\text{undanträngda vätskan}} = v_{\text{föremålet}}
\]
Fall fyra – Föremål som stiger i en gas (till exempel heliumballong)
Då är tyngdkraften för föremålet med gasen mindre än lyftkraften. Alltså är lyftkraften större och föremålet kommer accelerera uppåt i lodrätt led. Volymen för den undantryckta gasen (oftast luften) är lika stor som volymen för föremålet (då det oftast är ballonger blir detta oftast gasen inuti föremålet).
Beteckningar:
\[
F_g: \text{ tyngdkraften}, \quad F_L: \text{ lyftkraften}
\]
För ett föremål som stiger i en vätska gäller:
\[
F_g < F_L
\]
Samt att volymen av den förskjutna luften är lika med föremålets volym:
\[
v_{\text{luft}} = v_{\text{föremålet}}
\]
Har du hittat något fel eller någon konstig förklaring? Kontakta oss så rättar vi till det!
Till nästa kapitel – Ellära