Εικονικό πείραμα: Από τι εξαρτάται η υδροστατική πίεση

Το περιβάλλον του εικονικού πειράματος αποτελείται από ένα δοχείο που περιέχει υγρό και ένα μανόμετρο, το οποίο είναι ένα όργανο μέτρησης της υδροστατικής πίεσης.
Αυτό αποτελείται από μία «κάψα» που μπορεί να κινείται στο εσωτερικό του δοχείου, μπορεί να περιστρέφεται και συνδέεται με έναν σωλήνα. Αυτός καταλήγει ή στον ηλεκτρονικό μετρητή όταν το μανόμετρο είναι "ψηφιακό" ή σε έναν σωλήνα σχήματος U που περιέχει οινόπνευμα, νερό ή υδράργυρο αν αντίστοιχα το μανόμετρο είναι "οινοπνεύματος" ή "νερού" ή "υδραργύρου".
Το είδος του μανομέτρου επιλέγεται από τα πλήκτρα "ψηφιακό", "οινοπνεύματος", "νερού" και "υδραργύρου".
Σημείωση: Τα μανόμετρα που έχουν σωλήνα σχήματος U λέγονται μανόμετρα στήλης του υγρού που περιέχουν και μετρούν την υδροστατική πίεση με την υψομετρική διαφορά αυτού του υγρού. Για παράδειγμα, θα μπορούσε μία υδροστατική πίεση να είναι 20cm στήλης οινοπνεύματος ή 16cm στήλης νερού ή 1,18cm στήλης υδραργύρου.
Αν σε μια μέτρηση, η υψομετρική διαφορά διπλασιαστεί, αυτό σημαίνει ότι διπλασιάστηκε και η υδροστατική πίεση.
Σημείωση: Δεν μεταβάλλεται η υψομετρική διαφορά στο μανόμετρο στήλης όταν αλλάξει το g.

Υπάρχουν ρυθμιστικά (δρομείς) που καθορίζουν την πυκνότητα του υγρού στο δοχείο και το g της περιοχής που βρίσκεται η διάταξη.
Το δοχείο στα άκρα του έχει κάποια σημεία τα οποία μπορούν να αλλάξουν το σχήμα του δοχείου, διατηρώντας σταθερή τη στάθμη του.
Τέλος, υπάρχει και ένας χάρακας για να γίνουν οι απαραίτητες μετρήσεις.

Με το εικονικό πείραμα, μπορείς:

Να επιλέξεις τύπο μανομέτρου ("ψηφιακό", "οινοπνεύματος", "νερού" και "υδραργύρου"). Το πρόγραμμα υποδεικνύει ποιοι τύποι μανομέτρων μπορούν να χρησιμοποιηθούν κάθε φορά.
Να μετακινήσεις την κάψα του μανομέτρου μέσα στο υγρό και να την περιστρέψεις. (Η κάψα μετακινείται με το κόκκινο σημείο και περιστρέφεται με το πράσινο σημείο στο άκρο της κάψας).
Να εξετάσεις πότε αλλάζει η ένδειξη του μανομέτρου καθώς μετακινείς την κάψα μέσα στο υγρό.
Να εξετάσεις αν η πυκνότητα του υγρού μέσα στο δοχείο ή η τιμή του g επηρεάζει τη μέτρηση της υδροστατικής πίεσης.
Να εξετάσεις αν το σχήμα του δοχείου και άρα η συνολική ποσότητα του υγρού που περιέχει, επηρεάζει τη μέτρηση της υδροστατικής πίεσης.
Η προσομοίωση σχεδιάστηκε έτσι ώστε όταν αλλάζει το σχήμα του δοχείου, η στάθμη του υγρού που περιέχει να παραμένει σταθερή. Αυτό σημαίνει ότι αλλάζει η ποσότητα του υγρού που περιέχει.

Οδηγίες εκτέλεσης του εικονικού πειράματος

Επίλεξε την πυκνότητα του υγρού που υπάρχει μέσα στο δοχείο από τον δρομέα της πυκνότητας. Από προεπιλογή υπάρχει η πυκνότητα ρ=1000kg/m³, που είναι η πυκνότητα του νερού.
Μετακίνησε με το "ποντίκι" το "κόκκινο σημείο" της κάψας του μανομέτρου, σε κάποιο βάθος h, π.χ. 10cm.
Επίλεξε το "ψηφιακό μανόμετρο" από το αντίστοιχο πλήκτρο και σημείωσε την ένδειξή του.
Επίλεξε το "μανόμετρο οινοπνεύματος" από το αντίστοιχο πλήκτρο και μέτρησε την υψομετρική διαφορά στον σωλήνα U.
Μετακίνησε την κάψα του μανομέτρου σε διπλάσιο βάθος.
Στο "ψηφιακό μανόμετρο" σημείωσε τη νέα ένδειξη της υδροστατικής πίεσης. Στο "μανόμετρο οινοπνεύματος", μέτρησε τη νέα υψομετρική διαφορά στον σωλήνα U.
Πώς μεταβλήθηκε η υδροστατική πίεση όταν διπλασιάστηκε το βάθος;
Για ένα σταθερό βάθος της κάψας, επίλεξε μία διαφορετική πυκνότητα του υγρού στο δοχείο από τον αντίστοιχο δρομέα.
Μεταβλήθηκε η υδροστατική πίεση στο ψηφιακό μανόμετρο; Μεταβλήθηκε η υψομετρική διαφορά στο μανόμετρο οινοπνεύματος;
Για ένα σταθερό βάθος της κάψας και για το ίδιο είδος υγρού, επίλεξε μία διαφορετική τιμή του g, από τον αντίστοιχο δρομέα.
Μεταβλήθηκε η υδροστατική πίεση στο ψηφιακό μανόμετρο; Μεταβλήθηκε η υψομετρική διαφορά στο μανόμετρο οινοπνεύματος;
Για ένα σταθερό βάθος της κάψας, για την ίδια πυκνότητα υγρού που περιέχει και για την ίδια τιμή του g, σύρε με το "ποντίκι" τα άκρα του δοχείου ώστε να μεταβληθεί το σχήμα του.
Μεταβλήθηκε η υδροστατική πίεση στο ψηφιακό μανόμετρο; Μεταβλήθηκε η υψομετρική διαφορά στο μανόμετρο οινοπνεύματος;
Για ένα σταθερό βάθος της κάψας, στρέψε την κάψα από το "πράσινο σημείο" ώστε να έχει διαφορετικό προσανατολισμό.
Μεταβλήθηκε η υδροστατική πίεση στο ψηφιακό μανόμετρο; Μεταβλήθηκε η υψομετρική διαφορά στο μανόμετρο οινοπνεύματος;
Στις παραπάνω δραστηριότητες, αν απενεργοποιηθεί το μανόμετρο οινοπνεύματος, θα πρέπει να επιλέξεις ένα άλλο μανόμετρο στήλης που μπορεί να μετρήσει αυτή την υδροστατική πίεση.
Κατάγραψε τα συμπεράσματά σου για τους παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η υδροστατική πίεση ενός υγρού.

Η προσομοίωση λειτουργεί και με το πληκτρολόγιο ως εξής:

Όταν ανοίγει η προσομοίωση, γίνεται πλοήγηση με το πλήκτρο "TAB" στην "καρτέλα συντελεστών" και στην "οθόνη βοήθειας". Τα πλήκτρα ενεργοποιούνται με το "Enter", και η πλοήγηση στις καρτέλες γίνεται ξανά με το "TAB".
Έπειτα η πλοήγηση συνεχίζεται μόνο στην προσομοίωση ως εξής:

Με το πλήκτρο "TAB" επιλέγεις τα πλήκτρα της προσομοίωσης ("ψηφιακό", "οινοπνεύματος", "νερού", "υδραργύρου", "χάρακας", "επιφάνεια Γης"), τα σημεία του μανομέτρου ("κόκκινο σημείο" για μετακίνηση, "πράσινο σημείο" για περιστροφή), τους δρομείς της προσομοίωσης ("g", "ρ" (πυκνότητα υγρού)), τον χάρακα, τα σημεία που υπάρχουν στα άκρα του δοχείου ("πάνω αριστερό σημείο", "κάτω αριστερό σημείο", "πάνω δεξί σημείο", "κάτω δεξί σημείο"), και τα πλήκτρα του template ("ανανέωση", "προβολή πλήρους οθόνης").
Τα σημεία του μανομέτρου, αφού τα επιλέξεις με το πλήκτρο "TAB", τα μετακινείς με τα βέλη του πληκτρολογίου (ή τα βέλη του πληκτρολογίου και το "Shift" για πιο μικρές μετακινήσεις).
Τα πλήκτρα της προσομοίωσης, αφού τα επιλέξεις με το "TAB", λειτουργούν με το πλήκτρο "space" (κενό) του πληκτρολογίου.
Τον χάρακα, αφού τον επιλέξεις με το πλήκτρο "TAB", τον μετακινείς με τα βέλη του πληκτρολογίου (ή τα βέλη του πληκτρολογίου και το "Shift" για πιο μικρές μετακινήσεις).
Τα σημεία του δοχείου, αφού τα επιλέξεις με το πλήκτρο "TAB", τα μετακινείς με τα βέλη του πληκτρολογίου (ή τα βέλη του πληκτρολογίου και το "Shift" για πιο μικρές μετακινήσεις).
Τα πλήκτρα του template, αφού τα επιλέξεις με το "TAB", λειτουργούν με το πλήκτρο "space" (κενό) του πληκτρολογίου.
Η σειρά ενεργοποίησης των πλήκτρων/αντικειμένων στην προσομοίωση είναι η εξής:
"προβολή πλήρους οθόνης" → "ψηφιακό" → "οινοπνεύματος" → "νερού" → "υδραργύρου" → "πλήκτρο χάρακας" → "χάρακας" → "κόκκινο σημείο" → "πράσινο σημείο" → "επιφάνεια Γης" → "g" → "ρ" → "πάνω αριστερό σημείο" → "κάτω αριστερό σημείο" → "πάνω δεξί σημείο" → "κάτω δεξί σημείο" → "ανανέωση template", και επαναλαμβάνεται η ίδια σειρά.

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ – ΕΙΚΟΝΙΚΟ ΠΕΙΡΑΜΑ: ΑΠΟ ΤΙ ΕΞΑΡΤΑΤΑΙ Η ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΠΙΕΣΗ

Ομάδα 2-3 μαθητών:
Υπεύθυνος καθηγητής:
Ημερομηνία:

Εισαγωγή

Το περιβάλλον του εικονικού πειράματος αποτελείται από ένα δοχείο που περιέχει υγρό και ένα μανόμετρο που είναι ένα όργανο μέτρησης της υδροστατικής πίεσης.
Αυτό αποτελείται από:

Μία κάψα που μπορεί να κινείται στο εσωτερικό του δοχείου και να περιστρέφεται.
Τη σύνδεση της κάψας, η οποία καταλήγει ή στον ηλεκτρονικό μετρητή όταν το μανόμετρο είναι "ψηφιακό" ή σε έναν σωλήνα σχήματος U που περιέχει οινόπνευμα, νερό ή υδράργυρο αν αντίστοιχα το μανόμετρο είναι "οινοπνεύματος", "νερού" ή "υδραργύρου".

Εικόνα 1: Περιβάλλον του εικονικού πειράματος για την υδροστατική πίεση.

Επίσης, υπάρχουν ρυθμιστικά (δρομείς) και πλήκτρα που καθορίζουν την πυκνότητα του υγρού στο δοχείο, την επιτάχυνση της βαρύτητας που βρίσκεται η διάταξη και το είδος του μανομέτρου (ψηφιακού, νερού, οινοπνεύματος ή υδραργύρου).
Στο εικονικό πείραμα, θα χρησιμοποιήσεις το ψηφιακό μανόμετρο.
Τέλος, το δοχείο στα άκρα του έχει κάποια σημεία τα οποία μπορούν να συρθούν και να αλλάξουν το σχήμα του. Το πρόγραμμα διατηρεί τη στάθμη του υγρού σταθερή.
(Με το σύρσιμο των σημείων, αλλάζει η ποσότητα του υγρού που περιέχεται στο δοχείο).

Σημείωση: Όταν δύο μεγέθη είναι ανάλογα, το πηλίκο τους είναι ένα μέγεθος το οποίο σε όλες τις μετρήσεις έχει την ίδια τιμή.
Στην επεξεργασία του εικονικού πειράματος, στους πίνακες τιμών, έγινε εισαγωγή μίας στήλης από το πηλίκο δύο μεγεθών που πιθανόν είναι ανάλογα.
Εάν η τιμή αυτής της στήλης είναι σταθερή σε όλες τις μετρήσεις, τα δύο μεγέθη είναι ανάλογα.
Στα πειράματα λόγω σφαλμάτων, το πηλίκο δύο ανάλογων μεγεθών είναι "σχεδόν" σταθερό.

Σκοπός του εικονικού πειράματος
- Από το βάθος του.
- Από την πυκνότητά του.
- Από το g που υπάρχει στην περιοχή.
- Από την ποσότητα του υγρού που περιέχει.
- Από το σχήμα του δοχείου.
- Από την κατεύθυνση της κάψας του μανομέτρου.
Εικονικό Πείραμα
Μέρος Α

Υπόθεση/Ερώτημα
Η υδροστατική πίεση ενός υγρού εξαρτάται από το βάθος; NAI OXI
(Επίλεξε ΝΑΙ/ΟΧΙ πριν την εκτέλεση της δραστηριότητας!)

Δραστηριότητα
- Να επιλέξεις από τον "δρομέα πυκνότητας", το υγρό να έχει πυκνότητα ρ= ……………………… και το g=9,81m/s².
  Στη διάρκεια του πειράματος διατήρησε σταθερά αυτά τα μεγέθη.
- Να μετακινήσεις την κάψα σε βάθος 10cm και να μετρήσεις υδροστατική πίεση με το ψηφιακό μανόμετρο.
- Να επαναλάβεις το ίδιο για τα βάθη 20cm και 30cm.
- Να μεταφέρεις τις τιμές στον Πίνακα 1 και να συμπληρώσεις την 4η στήλη.
Συμπέρασμα
Η υδροστατική πίεση ενός υγρού μεταβάλλεται όσο αυξάνεται το βάθος; NAI OXI
Αν ΝΑΙ πώς μεταβάλλεται; (Απάντησε αφού ελέγξεις την 4η στήλη του Πίνακα 1)
........................................................................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................................................................
Μέρος B

Υπόθεση/Ερώτημα
Η υδροστατική πίεση ενός υγρού σε ένα βάθος εξαρτάται από την πυκνότητα του υγρού; NAI OXI
(Επίλεξε ΝΑΙ/ΟΧΙ πριν την εκτέλεση της δραστηριότητας!)

Δραστηριότητα
- Να μεταφέρεις την κάψα του μανομέτρου σε ένα συγκεκριμένο βάθος h= ……………………… και να επιλέξεις το g=9,81m/s².
  Στη διάρκεια του πειράματος διατήρησε σταθερά αυτά τα μεγέθη.
- Να επιλέξεις από τον "δρομέα πυκνότητας" μία μικρή πυκνότητα υγρού και να μετρήσεις την υδροστατική πίεση με το ψηφιακό μανόμετρο.
- Να επαναλάβεις το ίδιο για ένα άλλο υγρό που έχει διπλάσια και για ένα άλλο υγρό που έχει τριπλάσια πυκνότητα.
- Να μεταφέρεις τις τιμές στον Πίνακα 2 και να συμπληρώσεις την 4η στήλη.
Συμπέρασμα
Η υδροστατική πίεση ενός υγρού μεταβάλλεται όσο αυξάνεται η πυκνότητα του υγρού; NAI OXI
Αν ΝΑΙ πώς μεταβάλλεται; (Απάντησε αφού ελέγξεις την 4η στήλη του Πίνακα 2)
........................................................................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................................................................
Μέρος Γ

Υπόθεση/Ερώτημα
Η υδροστατική πίεση ενός υγρού σε ένα βάθος εξαρτάται από το g της περιοχής; NAI OXI
(Επίλεξε ΝΑΙ/ΟΧΙ πριν την εκτέλεση της δραστηριότητας!)

Δραστηριότητα
- Να μεταφέρεις την κάψα του μανομέτρου σε ένα βάθος h= ……………………… και να επιλέξεις το υγρό να έχει πυκνότητα ρ=...............
  Στη διάρκεια του πειράματος διατήρησε σταθερά αυτά τα μεγέθη.
- Να επιλέξεις από τον "δρομέα g", το g να είναι ίσο σε 5N/Kg.
  (Εάν απενεργοποιήσεις το πλήκτρο «επιφάνεια Γης», εμφανίζεται ο "δρομέας g").
- Να μετρήσεις την υδροστατική πίεση με το ψηφιακό μανόμετρο.
- Να επαναλάβεις το ίδιο για τιμές του g, ίσες με 10N/Kg και 15Ν/Kg.
- Να μεταφέρεις τις τιμές στον Πίνακα 3 και να συμπληρώσεις την 4η στήλη.
Συμπέρασμα
Η υδροστατική πίεση ενός υγρού μεταβάλλεται όσο αυξάνεται το g; NAI OXI
Αν ΝΑΙ πώς μεταβάλλεται; (Απάντησε αφού ελέγξεις την 4η στήλη του Πίνακα 3)
........................................................................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................................................................
Μέρος Δ

Υποθέσεις/Ερωτήματα
Η υδροστατική πίεση ενός υγρού σε ένα βάθος εξαρτάται:
- Από το σχήμα του δοχείου; NAI OXI
- Από την ποσότητα του υγρού; NAI OXI
- Από τον προσανατολισμό; NAI OXI
Δραστηριότητες
- Να μεταφέρεις την κάψα του μανομέτρου σε ένα συγκεκριμένο βάθος h= ………………………
- Να καταγράψεις την τιμή της υδροστατικής πίεσης σε αυτό το βάθος: p= ………………………
- Να μετακινήσεις τα σημεία στα άκρα του δοχείου, ώστε να αλλάξει το σχήμα του. Τότε, η στάθμη του υγρού παραμένει σταθερή, ενώ η ποσότητά του μεταβάλλεται.
- Αλλάζει η τιμή της υδροστατικής πίεσης σε αυτό το βάθος, όταν αλλάζει το σχήμα του δοχείου; NAI OXI
- Αλλάζει η τιμή της υδροστατικής πίεσης σε αυτό το βάθος, όταν αλλάζει η ποσότητα του υγρού; NAI OXI
- Σε αυτό το βάθος, να αλλάξεις τον προσανατολισμό της κάψας του μανομέτρου, περιστρέφοντας το "πράσινο σημείο" που βρίσκεται πάνω στη κάψα. Αλλάζει η τιμή της υδροστατικής πίεσης; NAI OXI
Συμπεράσματα
Από τις δραστηριότητες που εκτέλεσες, αποτύπωσε τα συμπεράσματά σου, συμπληρώνοντας τα κενά στις παρακάτω προτάσεις, με τις λέξεις/εκφράσεις: σχήμα, Δεν εξαρτάται (2), Ανάλογη (2), πυκνότητας, προσανατολισμό, ποσότητα.

Η υδροστατική πίεση ενός υγρού είναι:
- ………………………… του βάθους.
- Ανάλογη της ………………………… του υγρού.
- …………………………… του g.
- ……………………………………… από την ………………………………του υγρού.
- ……………………………………… από το …………………………του δοχείου.
- Δεν εξαρτάται από τον …………………………………… σε ένα βάθος.