Tlak

Cvičení 1

Obtížnost 1
  1. U kterého savce byste tipovali nejvyšší hodnotu krevního tlaku?
  2. Jaké výhody a nevýhody mají hydraulické brzdy na jízdním kole?
  3. Čím je způsobena výšková nemoc a jaké jsou její projevy?
  4. Za jakých podmínek je možné použít pro pokles atmosférického tlaku vztah \(\Delta p = \Delta h\varrho g\)?
  5. 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

Obtížnost 1

V hydraulickém lisu je průměr výstupního pístu 5× větší než průměr vstupního pístu. Jak tento lis zvětšuje působící sílu?

25×

Cvičení 3

Obtížnost 1

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.

asi 5 kN

Cvičení 4

Obtížnost 1

Jakému přetlaku jsou vystaveny

  1. tělo potápěče v hloubce 20 m pod hladinou vody,
  2. láhev, která byla naplněna a uzavřena v nulové nadmořské výšce a vynesena na Mt. Blanc?
  1. 200 kPa
  2. −46 kPa

Cvičení 5

Obtížnost 2

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.

11.47 – Tři nádoby s vodou
Zdroj
  1. vteče do úzké části do stejné výšky hladiny (princip spojených nádob);
  2. vyteče do výše odpovídající výtokové hadici (princip násosky);
  3. voda nebude vytékat, protože v nádobě vznikne podtlak (případně bude vytékat jen pomalu)

Cvičení 6

Obtížnost 2

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 \(p_\mathrm{A}\).

11.48 – Nádoba se zkumavkou
Zdroj
  1. Jaký je celkový tlak v bodě A?
  2. Jaký je celkový tlak v bodě B?

Výsledky zapište jako výrazy.

  1. \(p_\mathrm{A}\);
  2. \(p_\mathrm{A}-\varrho gl\)

Cvičení 7

Obtížnost 1
  1. Výška sloupce rtuti ve rtuťovém barometru je 752 mm. Jaký je tlak vzduchu v hPa?
  2. Pacientovi byl při preventivní prohlídce naměřen tlak 120/72 mmHg. Kolik je to v kPa?
  1. 998 hPa;
  2. 16,0/9,6 kPa

Cvičení 8

Obtížnost 2

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

Obtížnost 2

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?

936 hPa

Cvičení 10

Obtížnost 2

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?

11.49 – Vodní barometr vyrobený ze skleněné láhve.
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

Obtížnost 2

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

Obtížnost 1
  1. Popište slovy, jak souvisí tlak plynu s chaotickým pohybem částic.
  2. Množství plynu můžeme popsat pomocí látkového množství \(n\), počtu částic \(N\) nebo hmotnosti \(m\). Jak spolu tyto veličiny souvisí?
  3. V naftovém motoru dochází k samovznícení směsi ve válci. Vysvětlete, jak je toho dosaženo.
  4. Do jaké hloubky se musí potopit potápěč, aby objem vzduchu v jeho plicích klesl na polovinu? Změní se přitom v jeho plicích množství plynu?
  5. 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?
  6. Je pravda, že pokud ohřejeme plyn v pevné nádobě ze 100 °C na 200 °C, vzroste tlak na dvojnásobek? Vysvětlete.
  7. 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

Obtížnost 1

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

Obtížnost 1

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

Obtížnost 1

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.

11.50 – Tři děje s plynem.
Zdroj

Cvičení 5

Obtížnost 1

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

Obtížnost 1

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

Obtížnost 2

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

Obtížnost 3

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

Obtížnost 2

Hustota vzduchu při teplotě 0 °C a tlaku 100 kPa je 1,275 kg ⋅ m−3.

  1. Jaká bude hustota vzduchu při tlaku 100 kPa a teplotě 20 °C?
  2. Jaká bude hustota vzduchu při tlaku 100 kPa a teplotě −20 °C?
  1. 1,188 kg ⋅ m−3;
  2. 1,376 kg ⋅ m−3

Cvičení 10

Obtížnost 2

Vypočítejte hustotu argonu při teplotě 20 °C za atmosférického tlaku. Použijte stavovou rovnici.

1,66 kg/m3

Cvičení 11

Obtížnost 2
  1. Pomocí vztahu pro průměrnou kinetickou energii jedné molekuly ideálního plynu odvoďte vzorec pro střední kvadratickou rychlost \(v_\mathrm{K}=\sqrt{3kT/m_0}\).
  2. 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

Obtížnost 1
  1. Popište slovy, kdy bude schnout prádlo rychle, kdy pomaleji a kdy vůbec. Diskutujte vliv všech podstatných parametrů.
  2. Při ohřívání vody se na stěnách nádoby objevují malé bublinky. Vysvětlete tento jev.
  3. 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?
  4. Nejvíc srážek spadne v horských oblastech. Vysvětlete.
  5. Co je to jinovatka, jak vzniká?
  6. Čím je tvořena oblačnost a jak vzniká?

Cvičení 2

Obtížnost 1

Které hlavní faktory ovlivňují relativní vlhkost v místnosti? Máte-li k dispozici vlhkoměr, proveďte také příslušná měření.

Cvičení 3

Obtížnost 1

Vypočítejte parciální tlak kyslíku v těchto případech:

  1. na hladině moře (tlak 100 kPa, objemová koncentrace kyslíku 21 %),
  2. v hlavním městě Bolívie La Paz (4000 m.n.m, tlak 62 kPa, objemová koncentrace kyslíku 21 %),
  3. Ve skafandru astronauta (tlak 30 kPa, objemová koncentrace kyslíku 60 %).
  1. 21 kPa;
  2. 13 kPa;
  3. 18 kPa

Cvičení 4

Obtížnost 1

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

Obtížnost 1

Vyřešte pomocí grafu \(\Phi_\mathrm{max}=f(t)\).

  1. 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?
  2. 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?
  1. 60 %, rosný bod 14 °C;
  2. klesne na 20 %

Cvičení 6

Obtížnost 1

Jaké typické počasí můžete očekávat

  1. při tlakové výši,
  2. při přechodu studené fronty,
  3. při přechodu teplé fronty,
  4. při inverzním charakteru počasí?

Cvičení 7

Obtížnost 1

Jaké počasí lze očekávat v ČR podle meteorologické mapy na obrázku?

11.51 – Meteorologická mapa 16. 6. 2021
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.

Tlačítko pro návrat zpět nahoru na stránce (back to top)