Tlak
Cvičení 1
- U kterého savce byste tipovali nejvyšší hodnotu krevního tlaku?
- Jaké výhody a nevýhody mají hydraulické brzdy na jízdním kole?
- Čím je způsobena výšková nemoc a jaké jsou její projevy?
- Za jakých podmínek je možné použít pro pokles atmosférického tlaku vztah \(\Delta p = \Delta h\varrho g\)?
- Marek si vzal na horskou túru hodinky s výškoměrem. Během noci, zatímco Marek v klidu spal, ukázal výškoměr pokles o 30 m. Jak je to možné?
Cvičení 2
V hydraulickém lisu je průměr výstupního pístu 5× větší než průměr vstupního pístu. Jak tento lis zvětšuje působící sílu?
Cvičení 3
Jakou výslednou silou působí vzduch na okénko v letadle o ploše 900 cm2 při letu ve výšce 10 km? V letadle se udržuje stálý tlak 80 kPa.
Cvičení 4
Jakému přetlaku jsou vystaveny
- tělo potápěče v hloubce 20 m pod hladinou vody,
- láhev, která byla naplněna a uzavřena v nulové nadmořské výšce a vynesena na Mt. Blanc?
- 200 kPa
- −46 kPa
Cvičení 5
Na obrázcích je schematicky nakreslena nádoba s vodou ve třech různých situacích. Popište a zdůvodněte, co se stane s vodou v nádobě po otevření ventilu.
Zdroj
- vteče do úzké části do stejné výšky hladiny (princip spojených nádob);
- vyteče do výše odpovídající výtokové hadici (princip násosky);
- voda nebude vytékat, protože v nádobě vznikne podtlak (případně bude vytékat jen pomalu)
Cvičení 6
Nádoba s kapalinou o hustotě \(\varrho\) je umístěna v tíhovém poli Země (tíhové zrychlení je \(g\)). V nádobě je svislá zkumavka naplněná toutéž kapalinou otočená dnem vzhůru. Atmosférický tlak je označen \(p_\mathrm{A}\).
Zdroj
- Jaký je celkový tlak v bodě A?
- Jaký je celkový tlak v bodě B?
Výsledky zapište jako výrazy.
- \(p_\mathrm{A}\);
- \(p_\mathrm{A}-\varrho gl\)
Cvičení 7
- Výška sloupce rtuti ve rtuťovém barometru je 752 mm. Jaký je tlak vzduchu v hPa?
- Pacientovi byl při preventivní prohlídce naměřen tlak 120/72 mmHg. Kolik je to v kPa?
- 998 hPa;
- 16,0/9,6 kPa
Cvičení 8
PSI je anglosaská jednotka tlaku – libra síly na čtvereční palec (anglicky pound per square inch). Jednotka PSI je definovaná jako tlak odpovídající gravitační síle působící prostřednictvím tělesa o hmotnosti jedné libry na plochu jednoho čtverečního palce. Dokažte, že platí převodní vztah 1 PSI = 6 895 Pa .
Cvičení 9
Meteostanice Praha-Ruzyně ve výšce 380 m.n.m. hlásí tlak vzduchu po přepočtu na nulovou výšku 980 hPa. Jaký je skutečný tlak v této výšce?
Cvičení 10
Vodní barometr je zařízení, které si můžete celkem snadno vyrobit ze skleněné láhve. Stačí v jejím hrdle utěsnit hadičku a ohnout ji (viz obrázek). Obarvená voda v hadičce pak bude reagovat na změny atmosférického tlaku. Popište princip tohoto zařízení a jeho nevýhody. Jaký rozdíl hladin bude přibližně odpovídat rozdílu tlaku 1 hPa?
Zdroj
Nevýhodou je především fakt, že hladina vody v trubici reaguje také na změny teploty. 1 hPa odpovídá 1 cm, citlivost je tedy vyhovující, tlak vzduchu se běžně mění o desítky hPa.
Cvičení 11
Hustotu vzduchu je možné změřit pomocí PET láhve opatřené ventilem a digitální váhy. Vzduch, který do láhve napumpujeme, je potřeba zvážit a rovněž určit jeho objem (před kompresí). To lze udělat pomocí pumpování vzduchu do obráceného odměrného válce. K pumpování vzduchu použijte například cyklistickou pumpu.
Stavová rovnice
Cvičení 1
- Popište slovy, jak souvisí tlak plynu s chaotickým pohybem částic.
- Množství plynu můžeme popsat pomocí látkového množství \(n\), počtu částic \(N\) nebo hmotnosti \(m\). Jak spolu tyto veličiny souvisí?
- V naftovém motoru dochází k samovznícení směsi ve válci. Vysvětlete, jak je toho dosaženo.
- Do jaké hloubky se musí potopit potápěč, aby objem vzduchu v jeho plicích klesl na polovinu? Změní se přitom v jeho plicích množství plynu?
- Při stlačování pístu injekční stříkačky poměrně přesně platí, že tlak v pístu je nepřímo úměrný objemu plynu. Co z toho vyplývá pro teplotu plynu v pístu?
- Je pravda, že pokud ohřejeme plyn v pevné nádobě ze 100 °C na 200 °C, vzroste tlak na dvojnásobek? Vysvětlete.
- Potápěč si odpoledne připravil tlakovou láhev s plynem NITROX, manometr ukazoval tlak 9 kPa. Ráno si láhev přišel vyzvednou a manometr už ukazoval jen 8,5 kPa. Znamená to, že láhev uniká? Vysvětlete.
Cvičení 2
Nejhlubší vakuum, kterého lze dosáhnout v laboratoři, odpovídá zhruba tlaku 10−10 Pa. Kolik molekul připadá na 1 dm3 plynu o teplotě 0 °C za takto nízkého tlaku? V meziplanetárním prostoru Sluneční soustavy se tlak pohybuje okolo 10−15 Pa. Kolik částic najdeme v 1 litru v tomto případě?
asi 26 000 000, asi 260
Cvičení 3
Vzduchoplavecký balón naplněný heliem vystoupil z místa, kde byla teplota 290 K a tlak 98,5 kPa, do výšky, kde byla teplota 260 K a tlak 86,5 kPa. Jak velký byl objem balonu ve výšce, jestliže na počátku byl jeho objem 950 m3?
970 m3
Cvičení 4
Na obrázku vidíte 3 grafy zobrazující měření závislosti tlaku daného množství plynu na objemu či teplotě. Při jednom pokusu zůstával konstantní objem (\(V=\mathrm{konst}.\)), při druhém byla stálá teplota (\(T=\mathrm{konst}.\)) a při třetím stálý tlak (\(p=\mathrm{konst}.\)). Přiřaďte k pokusům správné grafy.
Zdroj
Cvičení 5
V tlakové nádobě o objemu 0,75 l je při teplotě 25 °C tlak 3,6 atmosféry. Nádoba podle výrobce odolá max. tlaku 10 atmosfér. Jaká je maximální možná teplota nádoby?
560 °C
Cvičení 6
Určete, o kolik procent klesne tlak v automobilové pneumatice, pokud se vnější teplota sníží z 20 °C na −15 °C. Objem pneumatiky se přitom nemění.
o 12 %
Cvičení 7
Pomocí zahřívání plynu v uzavřené nádobě můžeme určit teplotu absolutní nuly. Při laboratorním experimentu bylo změřeno, že při teplotě 20 °C má dusík objem 0,22 m3 a při teplotě 167 °C se rozepne na 0,33 m3. Výsledky zaneste do grafu a určete teplotu absolutní nuly.
−274 °C
Cvičení 8
Pomocí stavové rovnice ideálního plynu odvoďte, že pro absolutní vlhkost vzduchu platí \(\displaystyle\Phi=\frac{pM_\mathrm{m}}{RT}\). Uvažte, že \(\Phi\) není nic jiného než hustota vodní páry ve vzduchu.
Cvičení 9
Hustota vzduchu při teplotě 0 °C a tlaku 100 kPa je 1,275 kg ⋅ m−3.
- Jaká bude hustota vzduchu při tlaku 100 kPa a teplotě 20 °C?
- Jaká bude hustota vzduchu při tlaku 100 kPa a teplotě −20 °C?
- 1,188 kg ⋅ m−3;
- 1,376 kg ⋅ m−3
Cvičení 10
Vypočítejte hustotu argonu při teplotě 20 °C za atmosférického tlaku. Použijte stavovou rovnici.
1,66 kg/m3
Cvičení 11
- Pomocí vztahu pro průměrnou kinetickou energii jedné molekuly ideálního plynu odvoďte vzorec pro střední kvadratickou rychlost \(v_\mathrm{K}=\sqrt{3kT/m_0}\).
- Pomocí vzorce vypočítejte střední kvadratickou rychlost molekul kyslíku a vodíku při teplotě 0 °C.
b) kyslík 460 m/s, vodík 1850 m/s. Rychlosti jsou opravdu velké, a velká je tedy i energie uložená v chaotickém pohybu molekul.
Voda v atmosféře
Cvičení 1
- Popište slovy, kdy bude schnout prádlo rychle, kdy pomaleji a kdy vůbec. Diskutujte vliv všech podstatných parametrů.
- Při ohřívání vody se na stěnách nádoby objevují malé bublinky. Vysvětlete tento jev.
- Proč se ve složení vzduchu v atmosféře zpravidla neuvádí voda? V jakém rozmezí se asi pohybuje objemová koncentrace vodní páry ve vzduchu? Na čem závisí?
- Nejvíc srážek spadne v horských oblastech. Vysvětlete.
- Co je to jinovatka, jak vzniká?
- Čím je tvořena oblačnost a jak vzniká?
Cvičení 2
Které hlavní faktory ovlivňují relativní vlhkost v místnosti? Máte-li k dispozici vlhkoměr, proveďte také příslušná měření.
Cvičení 3
Vypočítejte parciální tlak kyslíku v těchto případech:
- na hladině moře (tlak 100 kPa, objemová koncentrace kyslíku 21 %),
- v hlavním městě Bolívie La Paz (4000 m.n.m, tlak 62 kPa, objemová koncentrace kyslíku 21 %),
- Ve skafandru astronauta (tlak 30 kPa, objemová koncentrace kyslíku 60 %).
- 21 kPa;
- 13 kPa;
- 18 kPa
Cvičení 4
Honza bydlí v bytě o podlahové ploše 68 m2 s výškou stropu 3 m. Je léto, v bytě je příjemných 25 °C a vlhkost 65 %. Honzu by zajímalo, kolik vodní páry se v jeho bytě právě nachází. Pomozte Honzovi hmotnost vodní páry v jeho bytě vypočítat.
\(m=3\ \mathrm{kg}\)
Cvičení 5
Vyřešte pomocí grafu \(\Phi_\mathrm{max}=f(t)\).
- Je horký letní den, 35 °C, ale naštěstí je suchý vzduch (vlhkost 30 %), což činí vedro snesitelnějším. Večer se ochladí na 23 °C, jaká bude vlhkost vzduchu? Jaká je teplota rosného bodu?
- Je typická zimní inverze, venku jsou −2 °C a vlhkost téměř 100 %. Jak se změní vlhkost venkovního vzduchu, který pustíme oknem do místnosti a ohřejeme na 23 °C?
- 60 %, rosný bod 14 °C;
- klesne na 20 %
Cvičení 6
Jaké typické počasí můžete očekávat
- při tlakové výši,
- při přechodu studené fronty,
- při přechodu teplé fronty,
- při inverzním charakteru počasí?
Cvičení 7
Jaké počasí lze očekávat v ČR podle meteorologické mapy na obrázku?
Zdroj
Na mapě vidíme, že nad většinou Evropy se rozkládá tlaková výše. Proto je na místě očekávat slunečné počasí s minimem oblačnosti. Pokud by měly padat srážky, tak jedině lokální přeháňky či bouřky z tepla. Vzduch do ČR bude proudit od jihu, proto lze očekávat i vysoké letní teploty.

