2.6 Trykk og oppdrift
Lær om trykk i gasser og væsker, oppdrift og Arkimedes' prinsipp.
Trykk og oppdrift
Kvifor søkk ein stein i vatn, medan eit stort skip flyt? Kvifor gjer det vondt i øyra når du dykkar djupt? Og kvifor blir det vanskelegare å puste høgt oppe i fjellet? Svara heng saman med to viktige omgrep i fysikken: trykk og oppdrift. I dette kapittelet lærer du kva trykk er, korleis det verkar i væsker og gassar, og kvifor nokre ting flyt medan andre søkk.
Formel: p = F / A
Der:
- p = trykk (pascal, Pa)
- F = kraft (newton, N)
- A = areal (kvadratmeter, m²)
Måleeining: Pascal (Pa). 1 Pa = 1 N/m²
Normalt lufttrykk ved havnivå er ca. 101 325 Pa ≈ 1 atm (1 atmosfære).
Jo mindre areal krafta blir fordelt over, desto høgare blir trykket. Difor søkk du ned i snøen med vanlege sko, men ikkje med ski.
Prinsippet til Arkimedes:
Oppdriftskrafta er lik tyngda av den væska (eller gassen) gjenstanden fortrengjer.
Tre tilfelle:
- Gjenstanden flyt: Oppdrifta er lik tyngda av gjenstanden
- Gjenstanden søkk: Tyngda er større enn oppdrifta
- Gjenstanden svevar: Oppdrifta er nøyaktig lik tyngda
Ein gjenstand flyt dersom den gjennomsnittlege tettleiken er lågare enn tettleiken til væska.
Formel: ρ = m / V
Der:
- ρ (rho) = tettleik (kg/m³ eller g/cm³)
- m = masse (kg eller g)
- V = volum (m³ eller cm³)
Døme på tettleik:
- Vatn: 1000 kg/m³ (1,0 g/cm³)
- Is: 917 kg/m³ (0,917 g/cm³) – difor flyt is!
- Jern: 7874 kg/m³
- Luft: ca. 1,2 kg/m³
- Olje: ca. 900 kg/m³ – difor flyt olje på vatn
Trykk i væsker
Trykket i ei væske aukar med djupna. Jo djupare du dykkar, desto meir vatn har du over deg, og desto større trykk blir pressa mot kroppen din.
Vasstrykk: For kvar 10 meter du dykkar ned i vatn, aukar trykket med ca. 1 atmosfære (101 325 Pa).
- På 10 meters djup: ca. 2 atm (1 atm luft + 1 atm vatn)
- På 20 meters djup: ca. 3 atm
- Marianegropa (11 000 m): ca. 1100 atm!
Dette er grunnen til at det gjer vondt i øyra når du dykkar, og at ubåtar må byggjast ekstremt sterke.
Viktig eigenskap: Trykket i ei væske verkar likt i alle retningar på eit gjeve djup. Dette blir kalla Pascals prinsipp.
Lufttrykk
Lufttrykk er trykket som lufta utøver på alt han omgjev. Vi merkar det vanlegvis ikkje fordi kroppen er tilpassa det, men det verkar heile tida.
Lufttrykket avtek med høgda fordi det er mindre luft over oss jo høgare opp vi er:
- Havnivå: ca. 1013 hPa (hektopascal)
- 1000 m.o.h.: ca. 900 hPa
- Toppen av Mount Everest (8849 m): ca. 330 hPa (1/3 av havnivå)
Lågare lufttrykk tyder at det er mindre oksygen tilgjengeleg per pust. Difor er det tungt å puste i store høgder, og fjellklatrarar treng ekstra oksygen.
Vêrvarsling: Lufttrykk blir brukt i vêrvarsling. Lågtrykk gjev ofte skya vêr og nedbør, medan høgtrykk gjev klart og fint vêr.
Is har ein tettleik på 917 kg/m³ og vatn har ein tettleik på 1000 kg/m³. Forklar kvifor is flyt, og rekn ut kor stor del av isbiten som stikk over vassoverflata.
Is har lågare tettleik enn vatn (917 < 1000 kg/m³), så oppdrifta er stor nok til å halde isen flytande.
Utrekning:
Delen under vatn = tettleik is / tettleik vatn = 917 / 1000 = 0,917 = 91,7 %
Delen over vatn = 100 % − 91,7 % = 8,3 %
Svar: Ca. 91,7 % av isbiten ligg under vatn, og berre ca. 8,3 % stikk opp. Dette er opphavet til uttrykket «berre toppen av isfjellet».
Ein person veg 70 kg og står på ein ski med eit areal på 0,3 m². Kva er trykket under skien? Samanlikn med trykket under ein vanleg sko med areal 0,025 m². (Bruk g = 10 m/s².)
F = m · g = 70 kg · 10 m/s² = 700 N
p = F / A = 700 N / 0,3 m² = 2333 Pa ≈ 2,3 kPa
Trykk under vanleg sko:
p = 700 N / 0,025 m² = 28 000 Pa = 28 kPa
Samanlikning: Trykket under skoen er ca. 12 gonger høgare enn under skien. Difor søkk du i snøen med sko, men ikkje med ski – fordi krafta blir fordelt over eit mykje større areal.
Ein gjenstand flyt dersom gjennomsnittleg tettleik er lågare enn væska.
Ein gjenstand søkk dersom gjennomsnittleg tettleik er høgare enn væska.
Eit skip av stål flyt fordi det inneheld mykje luft – den gjennomsnittlege tettleiken til skipet (stål + luft) er lågare enn tettleiken til vatn.
Når dykkarar dykkar djupt, blir meir nitrogengass løyst opp i blodet på grunn av det høge trykket. Dersom dykkaren stig for raskt til overflata, kan gassen danne bobler i blodet (som kullsyre i ei brusflaske som blir opna). Dette blir kalla dykkarsjuke og kan vere livsfarleg.
Dykkarar må difor stige seint til overflata og ta dekompresjonspausar.
Kva er formelen for trykk?
Ein treklosse har tettleik 600 kg/m³. Kva skjer når vi legg han i vatn (tettleik 1000 kg/m³)?
Kvifor er det lettare å gå på snø med ski enn med vanlege sko?
Rekn ut trykk.
Ei kasse veg 200 N og står på eit bord. Botnen av kassa har eit areal på 0,5 m². Kva er trykket kassa utøver på bordet?
Dersom kassa blir velta slik at ho står på ei side med areal 0,1 m², kva blir trykket då?
Oppdrift og flytande gjenstandar.
Forklar med eigne ord kva prinsippet til Arkimedes seier.
Eit stålskip flyt, men ei stålkule søkk. Korleis er det mogleg?
Trykk i væsker og lufttrykk.
Omtrent kor stort er vasstrykket på 30 meters djup? Oppgje svaret i atmosfærar (atm).
Kvifor er lufttrykket lågare på toppen av eit fjell enn ved havet?
Forklar kvifor det gjer vondt i øyra når du dykkar djupt.
Tettleik og materiale.
Ein metallklosse har masse 390 g og volum 50 cm³. Rekn ut tettleiken. Kva metall kan dette vere? (Aluminium: 2,7 g/cm³, jern: 7,9 g/cm³, gull: 19,3 g/cm³)
Vil denne metallklossen flyte eller søkke i vatn?
Samansett oppgåve om oppdrift.
Ein isbit med volum 100 cm³ blir lagd i vatn. Tettleiken til is er 0,917 g/cm³ og tettleiken til vatn er 1,0 g/cm³. Rekn ut massen til isbiten og volumet som stikk over vassoverflata.
Forklar kvifor is som flyt på vatn er viktig for livet i innsjøar om vinteren.
Utfordringsoppgåve om trykk og krefter.
Ei hydraulisk presse har eit lite stempel med areal 2 cm² og eit stort stempel med areal 200 cm². Du trykkjer med ei kraft på 50 N på det vesle stempelet. Kor stor kraft kan du løfte med det store stempelet? (Hint: Trykket er likt overalt i væska.)
Prinsippet i oppgåve a blir brukt i bilverkstader (hydrauliske løftebukkar). Forklar med eigne ord kvifor dette er nyttig.
Oppsummering
I dette kapittelet har du lært:
- Trykk: kraft per flateeining, p = F / A.
- Oppdrift: kraft oppover på nedsenka gjenstand (prinsippet til Arkimedes).
- Tettleik: masse per volum, ro = m / V.
- Flyte/søkke: ein gjenstand flyt når tettleiken er lågare enn væska.
- Lufttrykk og trykk i væsker: aukar med djupna.
Viktige formlar
- Trykk:
- Tettleik:
Noekkelbegreper
| Begrep | Forklaring |
|---|---|
| Trykk | Kraft per flateeining (pascal) |
| Oppdrift | Kraft oppover på ein nedsenka gjenstand |
| Tettleik | Masse per volum |
Dette kapitlet er skrevet av Anthropics toppmodeller (Claude Opus og Claude Fable) og er foreløpig ikke manuelt gjennomgått — kvalitetskontrollen gjøres av uavhengige KI-agenter, og innmeldte feil rettes fortløpende. Funnet en feil? Meld fra, så retter vi den. Les mer om hvordan innholdet lages.