Ciśnienie i przepływ cieczy

Zagadnienia

Ciśnienie
Woda
Ciecze
Dynamika cieczy
Bernoulli
Gęstość

Opis

Zbadaj ciśnienie w atmosferze i pod wodą. Zmień kształt rury, aby zobaczyć, jak zmienia się prędkość przepływu cieczy. Eksperymentuj z cieknącą wieżą ciśnień, aby zobaczyć, jak wysokość i poziom wody wpływają na kształt strumienia.

PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu Na licencji CC BY 4.0

Ta symulacja Java jest uruchamiana (może to chwilę potrwać) w przeglądarce internetowej za pośrednictwem technologii o nazwie CheerpJ - nie wymaga instalowania żadnego dodatkowego oprogramowania. W stosunku do wersji offline jest nieco pogorszona jakość graficzna i okno aplikacji nie skaluje się.

W opracowaniu niniejszego poradnika wykorzystano materiały PhET: Strona źródłowa symulacji, Teacher Tips (Loeblein, Paul, Reid, czerwiec 2012)

W szablonie strony wykorzystano kod html/css: phydemo.app.

Poziom

Szkoła podstawowa, szkoła średnia

Przykładowe cele nauczania

Zbadaj, jak zmienia się ciśnienie powietrza i wody.
Dowiedz się, jak możesz zmienić ciśnienie.
Przewiduj ciśnienie w różnych sytuacjach.
Określ, jak ruch cieczy wpływa na ciśnienie.
Dowiedz się, jak przeliczyć ciśnienie wody na prędkość wody.

Przykładowe materiały teoretyczne

Ciśnienie. Ciśnienie hydrostatyczne i atmosferyczne (ZPE)
Ciśnienie hydrostatyczne w obliczeniach (ZPE)
Prawo Pascala (ZPE)
Badanie zachowania cieczy w naczyniach połączonych (ZPE)
Prawo Bernoulliego (ZPE)
Mechanika płynów (OpenStax)
Czym jest ciśnienie? (Khan Academy)

Sterowanie symulacją

Ekran ciśnienie

Poznaj ciśnienie pod i nad wodą. Zobacz, jak się zmienia przy zmianach rodzaju cieczy, przyspieszenia grawitacyjnego, kształtów pojemników i objętości.

Ekran przepływ

Na tym ekranie uczniowie dowiadują się, w jaki sposób zmiana kształtu i rozmiarów rury, wpływa na prędkość przepływu cieczy i jej ciśnienie.

Ekran wieża ciśnień

Na tym ekranie uczniowie eksperymentują z cieknącym zbiornikiem wieży ciśnień, aby zobaczyć, jak wysokość i poziom wody w zbiorniku wpływają na prędkość wypływającej wody i kształt strumienia.

Złożone sterowanie

Wypróbuj wszystkie zakładki w górnej części symulacji. Zakładki zostały zaprojektowane tak, aby pomóc nauczycielom w dostosowaniu lekcji do wieku poprzez użycie tylko niektórych z nich.
Przycisk Skasuj wszystko resetuje tylko aktualnie używaną kartę.
Karta Ciśnienie jest również dostępna jako pojedyncza symulacja o nazwie Pod ciśnieniem (opis tu).
Opcja Siatka ma na celu ułatwienie uczniom zobaczenia względnej wysokości cieczy.
Masę można umieścić tylko w lewym słupie wody ostatniego ekranu zakładki Ciśnienie.
Do dokonywania porównań można używać wielu udostępnionych narzędzi.
Wąż na karcie Wieża ciśnień ma 2 elementy sterujące. Uchwyt przesuwa wąż w pionie, a złote pokrętło obraca dyszę.
Narzędzie z czerwonym przyciskiem umożliwia uczniom dokonywanie obserwacji jakościowych. Pomocne może być wyłączenie punktów.
Uchwyty na karcie Przepływ umożliwiają zmianę kształtu/wysokości rurki przepływu wody i rur końcowych.

Ułatwienia dostępu

Wersje offline, niewymagające połączenia z internetem

Dostępne są również wersje symulacji niewymagające połączenia z internetem.

Aplikacja PhET Desktop zawiera wszystkie symulacje HTML5 i Java, w tym ich tłumaczenia, do użytku offline w systemach Windows i macOS (dostępne po zalogowaniu tu). Symulacje HTML5 nie wymagają dodatkowego oprogramowania, natomiast do uruchamiania dowolnych symulacji Java w aplikacji komputerowej jest wymagany Java SE Development Kit 8.

Darmową wersję desktopową tej aplikacji (plik .jar) pobierzemy bezpośrednio klikając tu lub ze strony PhET (klikając tytuł lub ikony przy wybranej wersji językowej):

A następnie wybierając odpowiednią opcję:

Spostrzeżenia na temat korzystania z aplikacji przez uczniów

Ponieważ suwak przyspieszenia grawitacyjnego ma niewiele znaczników, uczeń może łatwo pomyśleć, że ustawił licznik z powrotem na Ziemię, ale nie ma dokładnie 9,8 m/s². Dokładne wartości od 1,0 do 20,0 można wpisać w białym polu odczytu.

Uproszczenia / założenia modelu

Zakładka Ciśnienie przedstawia cienki przekrój podziemnego zbiornika z cieczą, którego górna część znajduje się na poziomie morza.
Mierniki ciśnienia są bardzo czułe, więc można spodziewać się pewnych różnic w odpowiedziach.
Opcja wąż jest nieaktywna w wersji online (CheerpJ).
Więcej informacji dotyczących założeń modelu można uzyskać tu (en)

Sugestie dotyczące wykorzystania

Wskazówki dotyczące wszystkich symulacji zawarte są w informacjach ogólnych.

Więcej porad dotyczących korzystania z symulacji z uczniami można znaleźć na stronach PhET w sekcji Wskazówki dotyczące korzystania z PhET.

Przykładowe polecenia

Zaprojektuj doświadczenie w celu określenia czynników wpływających na ciśnienie w zbiorniku.
Przewiduj odczyt ciśnienia, gdy manometr jest umieszczony na poziomie 0 m.
Jaki wpływ ma atmosfera na ciśnienie na dnie zbiornika? Jak zmieniłyby się Twoje obserwacje, gdyby zbiornik znajdował się na szczycie góry?
Przewiduj, jak zmieni się ciśnienie w zbiorniku, jeśli zostanie w nim umieszczona masa. Jak wypada porównanie masy 250 kg z masą 500 kg?
Po odznaczeniu pola oporu zaznacz pole przepływomierza, aby umieścić go w środku rury. Przesuń miernik prędkości w różne miejsca wewnątrz rury, aby dokonać odczytu prędkości. Jakie są wyniki pomiaru prędkości i od czego one zależą?
Kliknij napełnij, aby napełnić zbiornik wieży ciśnień wodą. Następnie otwórz czerwoną pokrywę na dole zbiornika i obserwuj trajektorię wody wypływającej z otworu. Możesz użyć miernika prędkości i linijki, aby zmierzyć prędkość przepływu wody w różnych miejscach oraz głębokość wody lub poziome przemieszczenie strumienia wody. Krótko wyjaśnij, jak zmienia się trajektoria przepływu wody wraz ze spadkiem poziomu wody w zbiorniku.

Zobacz wszystkie opublikowane na stronach PhET aktywności dla Ciśnienie i przepływ cieczy tutaj (dostęp do materiałów wymaga zalogowania).