Ciśnienie hydrostatyczne i atmosferyczne

Konspekt lekcji w klasie I gimnazjum

I Założenia metodyczne:
1. Cele edukacyjne:
• Kształcenia
Uczeń:
- odróżnia pojęcia: ciśnienie hydrostatyczne i ciśnienie atmosferyczne;
- posługuje się pojęciami ciśnienia hydrostatycznego i ciśnienia atmosferycznego, wskazuje przykłady zjawisk opisywanych za ich pomocą;
- bada, od czego zależy ciśnienie hydrostatyczne, opisuje przebieg doświadczenia, wykonuje schematyczny rysunek obrazujący układ doświadczalny, formułuje wniosek, że ciśnienie w cieczy zwiększa się wraz z głębokością i zależy od rodzaju (gęstości) cieczy;
- wskazuje w otaczającej rzeczywistości przykłady zjawisk opisywanych za pomocą praw oraz zależności dotyczących ciśnień hydrostatycznego i atmosferycznego;
- wyjaśnia na przykładach znaczenie ciśnienia hydrostatycznego i ciśnienia atmosferycznego w przyrodzie oraz życiu codziennym;
- wymienia nazwy przyrządów służących do pomiaru ciśnienia;
- posługuje się proporcjonalnością prostą (zależność ciśnienia hydrostatycznego od wysokości słupa cieczy i gęstości cieczy).

• Wychowawcze:
- zainteresowanie fizyką i astronomią,
- rozwinięcie myślenia twórczego,
- rozwijanie systemu pojęć i opanowanie odpowiedniego języka,
- współuczestniczenie w odkrywaniu podstawowych praw przyrody.

2. Metoda pracy:
• elementy wykładu,
• pokaz doświadczeń,
• pogadanka dydaktyczna.

3. Środki dydaktyczne
• podręcznik,
• notatki własne uczniów,
• butelka plastikowa z trzema otworami, kolorowa woda, szklanka, talerz, moneta, papierowy ręcznik, zapałki, szklana butelka, jajko, kartka papieru.


II Przebieg lekcji

• Część nawiązująca
Sprawdzenie obecności. Przepytanie uczniów z ostatnich lekcji:

1. Co rozumiemy pod pojęciem parcia, nacisku?
2. Co rozumiemy pod pojęciem ciśnienia?
3. Jaka jest jednostka i symbol ciśnienia?
4. Z jakiego wzoru obliczamy ciśnienie?
5. Kiedy ciśnienie ma wartość 1 Pa?

Podanie tematu i celów nowej lekcji.

• Część właściwa

Ciśnienie hydrostatyczne, to ciśnienie spowodowane ciężarem cieczy.
Jak sądzicie od czego zależy ciśnienie cieczy?

Żeby się dowiedzieć od czego zależy ciśnienie hydrostatyczne wykonam doświadczenie.

Doświadczenie 1.

W przygotowanej plastikowej butelce np. po napoju zrobiłam kilka otworów na różnej wysokości, jeden pod drugim. Butelkę napełniłam wodą a otwory zakleiłam taśmą. Zobaczmy co się stanie, gdy odkleję taśmę.

Woda wytryska przez otwory w butelce. Im niżej położony otwór, tym większe ciśnienie wody, gdyż większa jej masa, zatem i ciężar, naciska na dolne jej warstwy.

Zatem doświadczenie to pokazuje nam, że ciśnienie hydrostatyczne zależy od wysokości słupa cieczy. Czyli na większych głębokościach ciśnienie cieczy jest większe.

Od czego jeszcze zależy ciśnienie hydrostatyczne. Spójrzmy na doświadczenie 40 znajdujące się w naszych książkach.
Widzimy trzy jednakowe próbówki zakończone membraną. W każdej z nich znajduje się inna ciecz: woda, denaturat i olej. Wysokość słupa cieczy w każdej z próbówek jest taka sama ale my obserwujemy coś innego - odkształcenia membrany.
Gdzie obserwujemy największe, a gdzie najmniejsze odkształcenie membrany?

Wiemy, że woda, denaturat i olej mają różne gęstości. Zatem największe ciśnienie wywierane jest przez ciecz o największej gęstości czyli wodę.

Z zaobserwowanych doświadczeń wynika, że ciśnienie hydrostatyczne zależy nie tylko od głębokości, ale i od rodzaju cieczy, czyli jej gęstości.

Zapiszemy notatkę:
Ciśnienie hydrostatyczne to ciśnienie wywierane przez ciecz pod wpływem jej ciężaru.
Ciśnienie to zależy od wysokości słupa cieczy i od gęstości cieczy, co można przedstawić wzorem:

p = q g h
Gdzie:
p – ciśnienie cieczy,
q (ro) - gęstość cieczy,
g – przyspieszenie ziemskie,
h – wysokość słupa cieczy.

Czy oglądając dziennik telewizyjny zwróciliście uwagę na to jak synoptyk nazywa ciśnienie o którym mówi?
Sięgając do wiadomości z geografii co rozumiecie pod pojęciem atmosfera?
Jak wiecie atmosfera zbudowana jest z warstw, które różnią się gęstością gazu. Wraz ze wzrostem wysokości gęstość powietrza jest mniejsza aż w końcu przechodzi w próżnię.
Dlaczego powłoka gazowa utrzymywana jest przy powierzchni Ziemi? Jaka siła na nią działa?
Powietrze z górnych warstw atmosfery naciska na warstwy położone niżej, a te z kolei naciskają na ciała znajdujące się na powierzchni Ziemi lub na pewnej wysokości nad powierzchnią Ziemi.
Jak myślicie czy ciśnienie atmosferyczne jest wszędzie takie samo? Od czego ono zależy?
Ciśnienie atmosferyczne zależy od wysokości nad poziomem morza. Im wyżej nad powierzchnię Ziemi tym gęstość i masa powietrza jest mniejsza, a co za tym idzie ciśnienie atmosferyczne maleje.
Należy jednak pamiętać o tym, że na określonej wysokości ciśnienie jest jednakowe we wszystkich kierunkach.
Jaka jest wartość normalnego ciśnienia?
Wartość normalnego ciśnienia wynosi 1013 hPa, a na poziomie morza wynosi 1000 hPa.

Czy wiecie za pomocą jakiego przyrządu wyznaczamy ciśnienie atmosferyczne? Ciśnienie atmosferyczne wyznaczamy za pomocą barometru.
Pokazuje barometr.
Co już wiemy na temat ciśnienia atmosferycznego?

Notatka:
Ciśnienie atmosferyczne to ciśnienie jakie wywiera powietrze na Ziemię i wszystkie ciała znajdujące się w atmosferze ziemskiej.

Pokażę kilka doświadczeń, które ukazują działanie ciśnienia atmosferycznego oraz hydrostatycznego.

Doświadczenie 2.
Usuwanie wody z talerza.
Jak usunąć wodę z talerza i wyciągnąć monetę bez zamoczenia palców?
Żeby usunąć wodę, należy do pustej szklanki wrzucić kawałek papierowego ręcznika, zapalić go, a następnie odwrócić szklankę do góry dnem i postawić na talerzu obok monety. Po pewnym czasie płomień zgaśnie a ciśnienie oziębiającego się wewnątrz szklanki powietrza zmaleje. Ciśnienie atmosferyczne wepchnie wówczas wodę do środka szklanki, pozostawiając odkrytą monetę na talerzu.

Doświadczenie 3.
Do szklanki nalewamy pełno wody. Przykrywamy ją kartką papieru, by przylegała do powierzchni wody. Przytrzymując kartkę ręką, obracamy szklankę do góry dnem i odsuwamy rękę. W tej pozycji papier trzyma się sam, woda się nie wylewa.

Dlaczego tak się dzieje?
Bo na kartkę papieru działa od spodu duże ciśnienie atmosferyczne, od góry zaś małe ciśnienie wywierane przez ciężar wody. Duże ciśnienie zwycięża, przyciska kartkę i nie pozwala wodzie wylać się ze szklanki.

Dodatkowe doświadczenie (w miarę możliwości).
Doświadczenie 4.
Potrzebujemy szklanej butelki, jajka na twardo, zapałki.
Zapalamy zapałkę i wrzucamy do butelki. Kładziemy jajko na butelce.
Zapalona zapałka wrzucona do butelki, wypalając się nagrzewa powietrze i zużywa tlen.
Jajko, położone na szyjce butelki działa niczym zawór – zamyka dostęp powietrza z zewnątrz (a wypuszcza nagrzane ze środka).
Następnie powietrze w butelce zaczyna się ochładzać, ciśnienie więc maleje.
Ciśnienie atmosferyczne (większe na zewnątrz butelki) naciska na jajko i wpycha je do środka. Po wpadnięciu jajka ciśnienie na zewnątrz i w środku butelki wyrównuje się.

• Podsumowanie

Podsumowanie zajęć. Powtórzenie wiadomości.

Zadanie domowe. Opisz za pomocą jakich przyrządów i w jaki sposób wykonuje się pomiar ciśnienia.