الضغط هو كمية فيزيائية تلعب دورًا خاصًا في الطبيعة وحياة الإنسان. هذه الظاهرة غير المحسوسة للعين لا تؤثر فقط على الحالة بيئة، ولكن أيضًا يشعر به الجميع جيدًا. دعنا نتعرف على ماهيته وأنواعه الموجودة وكيفية إيجاد الضغط (الصيغة) في بيئات مختلفة.
ما يسمى الضغط في الفيزياء والكيمياء
يشير هذا المصطلح إلى كمية ديناميكية حرارية مهمة ، والتي يتم التعبير عنها على أنها نسبة قوة الضغط المتعامدة إلى مساحة السطح التي تعمل عليها. لا تعتمد هذه الظاهرة على حجم النظام الذي تعمل فيه ، وبالتالي فهي تشير إلى الكميات المكثفة.
في حالة التوازن ، يكون الضغط هو نفسه لجميع النقاط في النظام.
في الفيزياء والكيمياء ، يُشار إلى هذا بالحرف "P" ، وهو اختصار للاسم اللاتيني للمصطلح - pressūra.
اذا كان نحن نتكلمحول الضغط الاسموزي للسائل (التوازن بين الضغط داخل الخلية وخارجها) ، يتم استخدام الحرف "P".
وحدات الضغط
وفقًا لمعايير نظام SI الدولي ، تُقاس الظاهرة الفيزيائية قيد الدراسة بالباسكال (باللغة السيريلية - Pa ، باللاتينية - Ra).
بناءً على معادلة الضغط ، اتضح أن واحد باسكال يساوي واحد نيوتن (نيوتن - مقسومًا على متر مربع واحد (وحدة مساحة).
ومع ذلك ، من الناحية العملية ، من الصعب استخدام باسكال ، لأن هذه الوحدة صغيرة جدًا. في هذا الصدد ، بالإضافة إلى معايير نظام SI ، يمكن قياس هذه القيمة بطريقة مختلفة.
فيما يلي أشهر نظائرها. يستخدم معظمهم على نطاق واسع في الاتحاد السوفياتي السابق.
- الحانات. شريط واحد يساوي 105 باسكال.
- توريس ، أو ملليمترات من الزئبق.يتوافق Torr واحد تقريبًا مع 133.3223684 Pa.
- ملليمتر من عمود الماء.
- متر من عمود الماء.
- أجواء فنية.
- أجواء فيزيائية.واحد من أجهزة الصراف الآلي يساوي 101.325 باسكال و 1.033233 عند.
- كيلوغرام قوة لكل سنتيمتر مربع.هناك أيضًا قوة طن وقوة الجرام. بالإضافة إلى ذلك ، هناك قوة رطل تناظرية لكل بوصة مربعة.
صيغة الضغط العام (فيزياء الصف السابع)
من تعريف كمية مادية معينة ، يمكن تحديد طريقة إيجادها. يبدو أن الصورة أدناه.
فيه ، F هي القوة ، و S هي المنطقة. بمعنى آخر ، صيغة إيجاد الضغط هي قوته مقسومة على مساحة السطح التي يعمل عليها.
يمكن كتابتها أيضًا على النحو التالي: P = mg / S أو P = pVg / S. وبالتالي ، ترتبط هذه الكمية المادية بمتغيرات ديناميكية حرارية أخرى: الحجم والكتلة.
بالنسبة للضغط ، يتم تطبيق المبدأ التالي: كلما كانت المساحة المتأثرة بالقوة أصغر ، زادت قوة الضغط لديها. ومع ذلك ، إذا زادت المساحة (بنفس القوة) - تنخفض القيمة المرغوبة.
صيغة الضغط الهيدروستاتيكي
متنوع الدول الإجماليةالمواد ، توفر لوجود خصائص مختلفة عن بعضها البعض. بناءً على ذلك ، ستكون طرق تحديد P فيها مختلفة أيضًا.
على سبيل المثال ، تبدو صيغة ضغط الماء (الهيدروستاتيكي) كما يلي: P = pgh. كما أنها تنطبق على الغازات. ومع ذلك ، لا يمكن استخدامه للحساب الضغط الجويوذلك لاختلاف الارتفاعات وكثافة الهواء.
في هذه الصيغة ، p هي الكثافة ، و g تسارع الجاذبية ، و h الارتفاع. بناءً على ذلك ، كلما غرق الجسم أو الجسم بشكل أعمق ، زاد الضغط الواقع عليه داخل السائل (الغاز).
المتغير قيد النظر هو تعديل للمثال الكلاسيكي P = F / S.
إذا تذكرنا أن القوة تساوي مشتق الكتلة بواسطة سرعة السقوط الحر (F = mg) ، وكتلة السائل هي مشتق الحجم بالكثافة (m = pV) ، إذن صيغة الضغط يمكن كتابتها كـ P = pVg / S. في هذه الحالة ، يكون الحجم هو المساحة مضروبًا في الارتفاع (V = Sh).
إذا أدخلت هذه البيانات ، فقد اتضح أنه يمكن تقليل المساحة الموجودة في البسط والمقام وأن الناتج هو الصيغة أعلاه: P \ u003d pgh.
بالنظر إلى الضغط في السوائل ، يجدر بنا أن نتذكر أنه على عكس المواد الصلبة ، غالبًا ما يكون انحناء الطبقة السطحية ممكنًا فيها. وهذا بدوره يساهم في تكوين ضغط إضافي.
في مثل هذه الحالات ، يتم استخدام صيغة ضغط مختلفة قليلاً: P \ u003d P 0 + 2QH. في هذه الحالة ، P 0 هو ضغط الطبقة غير المنحنية ، و Q هو سطح التوتر السائل. H هو متوسط انحناء السطح ، والذي يحدده قانون لابلاس: H \ u003d ½ (1 / R 1 + 1 / R 2). المكونان R 1 و R 2 هما نصف قطر الانحناء الرئيسي.
الضغط الجزئي وصيغته
على الرغم من أن طريقة P = pgh قابلة للتطبيق على كل من السوائل والغازات ، فمن الأفضل حساب الضغط في الأخير بطريقة مختلفة قليلاً.
الحقيقة هي أنه في الطبيعة ، كقاعدة عامة ، بالتأكيد مواد نقية، لأنها تهيمن عليها المخاليط. وهذا لا ينطبق فقط على السوائل ، ولكن أيضًا على الغازات. وكما تعلم ، فإن كل عنصر من هذه المكونات يمارس ضغطًا مختلفًا يسمى الضغط الجزئي.
من السهل تحديده. وهو يساوي مجموع ضغط كل مكون من مكونات الخليط قيد الدراسة (الغاز المثالي).
ويترتب على ذلك أن صيغة الضغط الجزئي تبدو كما يلي: P \ u003d P 1 + P 2 + P 3 ... وهكذا ، وفقًا لعدد المكونات المكونة.
غالبًا ما تكون هناك حالات عندما يكون من الضروري تحديد ضغط الهواء. ومع ذلك ، يقوم البعض بإجراء حسابات عن طريق الخطأ باستخدام الأكسجين فقط وفقًا للمخطط P = pgh. لكن الهواء خليط من غازات مختلفة. يحتوي على النيتروجين والأرجون والأكسجين ومواد أخرى. بناءً على الوضع الحالي ، فإن معادلة ضغط الهواء هي مجموع ضغوط جميع مكوناته. لذلك ، يجب أن تأخذ P المذكورة أعلاه \ u003d P 1 + P 2 + P 3 ...
أكثر الأدوات شيوعًا لقياس الضغط
على الرغم من حقيقة أنه ليس من الصعب حساب الكمية الديناميكية الحرارية قيد الدراسة باستخدام الصيغ المذكورة أعلاه ، إلا أنه في بعض الأحيان لا يوجد وقت لإجراء الحساب. بعد كل شيء ، يجب أن تأخذ دائمًا في الاعتبار العديد من الفروق الدقيقة. لذلك ، للراحة ، تم تطوير عدد من الأجهزة على مدى عدة قرون للقيام بذلك بدلاً من الأشخاص.
في الواقع ، جميع الأجهزة من هذا النوع تقريبًا هي أنواع مختلفة من مقاييس الضغط (فهي تساعد في تحديد الضغط في الغازات والسوائل). ومع ذلك ، فهي تختلف في التصميم والدقة والنطاق.
- يتم قياس الضغط الجوي باستخدام مقياس ضغط يسمى بارومتر. إذا كان من الضروري تحديد الفراغ (أي الضغط أقل من الضغط الجوي) ، يتم استخدام نسخة أخرى منه ، مقياس الفراغ.
- من أجل معرفة ضغط الدم لدى الشخص ، يتم استخدام مقياس ضغط الدم. بالنسبة لمعظم الناس ، يُعرف باسم مقياس توتر العين غير الغازي. هناك العديد من أنواع هذه الأجهزة: من الميكانيكية الزئبقية إلى الرقمية الأوتوماتيكية بالكامل. تعتمد دقتها على المواد التي صنعت منها ومكان القياس.
- يتم تحديد انخفاض الضغط في البيئة (بالإنجليزية - انخفاض الضغط) باستخدام أو مقاييس اختلاف الوزن (يجب عدم الخلط بينه وبين مقاييس الدينامومتر).
أنواع الضغط
بالنظر إلى الضغط ، معادلة إيجاده واختلافاته مواد مختلفة، يجدر التعرف على أنواع هذه القيمة. هناك خمسة منهم.
- مطلق.
- بارومتري
- إفراط.
- مكنسة كهرباء.
- التفاضليه.
مطلق
هذا هو اسم الضغط الكلي الذي توجد تحته مادة أو جسم ، دون مراعاة تأثير المكونات الغازية الأخرى في الغلاف الجوي.
يقاس بالباسكال وهو مجموع الضغط الجوي والزائد. إنه أيضًا الفرق بين النوعين البارومتري والفراغي.
يتم حسابه بالصيغة P = P 2 + P 3 أو P = P 2 - P 4.
تؤخذ النقطة المرجعية للضغط المطلق في ظل ظروف كوكب الأرض على أنها الضغط داخل الحاوية التي يتم إزالة الهواء منها (أي الفراغ الكلاسيكي).
يتم استخدام هذا النوع من الضغط فقط في معظم الصيغ الديناميكية الحرارية.
بارومتري
يشير هذا المصطلح إلى ضغط الغلاف الجوي (الجاذبية) على جميع الأشياء والأشياء الموجودة فيه ، بما في ذلك سطح الأرض نفسها. يعرفه معظم الناس أيضًا تحت اسم الغلاف الجوي.
يشار إليها وقيمتها تختلف باختلاف مكان ووقت القياس ، وكذلك الأحوال الجوية وكونها فوق / تحت مستوى سطح البحر.
قيمة الضغط الجوي تساوي معامل قوة الغلاف الجوي لكل وحدة مساحة على طول الخط العمودي لها.
في جو مستقر ، قيمة هذا ظاهرة فيزيائيةيساوي وزن عمود من الهواء على قاعدة مساحتها واحدة.
معيار الضغط الجوي هو 101.325 باسكال (760 ملم زئبق عند 0 درجة مئوية). علاوة على ذلك ، كلما زاد ارتفاع الجسم عن سطح الأرض ، انخفض ضغط الهواء عليه. كل 8 كم ينخفض بمقدار 100 باسكال.
بفضل هذه الخاصية ، في الجبال ، يغلي الماء في الغلايات أسرع بكثير من الماء في المنزل على الموقد. الحقيقة هي أن الضغط يؤثر على نقطة الغليان: مع انخفاضه ، يتناقص الأخير. والعكس صحيح. تم بناء عمل أدوات المطبخ مثل قدر الضغط والأوتوكلاف في هذه المنشأة. تساهم زيادة الضغط داخلها في تكوين درجات حرارة أعلى في الأطباق مقارنة بالمقالي العادية الموجودة على الموقد.
تُستخدم صيغة الارتفاع البارومتري لحساب الضغط الجوي. يبدو أن الصورة أدناه.
P هي القيمة المطلوبة عند الارتفاع ، و P 0 هي كثافة الهواء بالقرب من السطح ، و g تسارع السقوط الحر ، و h الارتفاع فوق الأرض ، و m الكتلة المولية للغاز ، و t هي درجة حرارة النظام ، r هو ثابت الغاز العالمي 8.3144598 J⁄ (mol x K) ، و e هو رقم Eclair ، يساوي 2.71828.
غالبًا في الصيغة أعلاه للضغط الجوي ، بدلاً من R ، يتم استخدام K - ثابت بولتزمان. غالبًا ما يتم التعبير عن ثابت الغاز العالمي من حيث منتجها بواسطة رقم Avogadro. يكون أكثر ملاءمة للحسابات عندما يتم إعطاء عدد الجسيمات في الشامات.
عند إجراء الحسابات ، يجدر دائمًا مراعاة إمكانية حدوث تغيرات في درجة حرارة الهواء بسبب تغير حالة الأرصاد الجوية أو عند الصعود فوق مستوى سطح البحر ، وكذلك خط العرض الجغرافي.
المقياس والفراغ
يُطلق على الفرق بين الضغط الجوي والضغط المحيط المُقاس الضغط الزائد. اعتمادًا على النتيجة ، يتغير اسم القيمة.
إذا كانت موجبة ، فإنها تسمى قياس الضغط.
إذا كانت النتيجة التي تم الحصول عليها بعلامة ناقص ، فيسمى مقياس الفراغ. يجدر بنا أن نتذكر أنه لا يمكن أن يكون أكثر من بارومتري.
التفاضليه
هذه القيمة هي فرق الضغط عند نقاط قياس مختلفة. كقاعدة عامة ، يتم استخدامه لتحديد انخفاض الضغط على أي جهاز. هذا صحيح بشكل خاص في صناعة النفط.
بعد معرفة نوع الكمية الديناميكية الحرارية التي تسمى الضغط وبمساعدة الصيغ الموجودة ، يمكننا أن نستنتج أن هذه الظاهرة مهمة جدًا ، وبالتالي لن تكون المعرفة عنها غير ضرورية أبدًا.
ضغط- كمية مادية مساوية عدديًا للقوة المؤثرة لكل وحدة مساحة من السطح المتعامد على هذا السطح. الرمز الذي يشيع استخدامه لتمثيل الضغط هو ص- من خط العرض. الضغط(الضغط).
يمكن أن يكون للضغط على السطح توزيع غير متساوٍ ، لذلك يتم تمييز الضغط على جزء محلي من السطح ومتوسط الضغط على السطح بأكمله.
يتم تعريف الضغط على مساحة السطح المحلية على أنه نسبة المكون الطبيعي للقوة dFnتعمل على هذه القطعة من السطح إلى منطقة هذه القطعة دي اس:
متوسط الضغط على السطح بأكمله هو نسبة المكون الطبيعي للقوة و نتعمل على سطح معين لمنطقتها س:
يتم قياس ضغط الغازات والسوائل باستخدام مقاييس الضغط ومقاييس الضغط التفاضلي ومقاييس الفراغ وأجهزة استشعار الضغط والضغط الجوي - البارومترات.
تتمتع وحدات قياس الضغط بتاريخ طويل ، وهي متنوعة تمامًا ، مع الأخذ في الاعتبار الوسائط المختلفة (السائل ، والغاز ، والصلب). دعونا نلقي نظرة على أهمها.
باسكال
في النظام الدولي للوحدات ( SI) بالباسكال (التسمية الروسية: بنسلفانيا؛ دولي: بنسلفانيا). يساوي باسكال الضغط الناتج عن قوة تساوي نيوتن واحد ، موزعة بالتساوي على سطح عادي له بمساحة متر مربع واحد.
1 باسكال \ u003d 1 نيوتن / م 2
باسكال واحد هو مقدار ضئيل من الضغط. يحدث هذا الضغط تقريبًا بواسطة ورقة من دفتر ملاحظات مدرسي ملقى على الطاولة. لذلك ، غالبًا ما يتم استخدام وحدات ضغط متعددة:
ثم نحصل على المراسلات التالية: 1 MPa = 1 MN / m² = 1 N / mm² = 100 N / cm².
أيضًا ، يمكن تدريج موازين أدوات قياس الضغط بـ N / m2 أو N / mm2.
نسب القيم إلى 1 باسكال:
دينا
دينا(التعيين الروسي: dyn ، التسمية الدولية: dyn) هي وحدة قوة في نظام الوحدات CGS. واحد داين يساوي عدديًا القوة التي تعطي عجلة مقدارها سنتيمتر واحد لكل ثانية في الثانية لجسم يزن 1 جرام.
1 داين \ u003d 1 جم سم / ثانية 2 \ u003d 10-5 H \ u003d 1.0197 10 -6 كجم و
GHS(سنتيمتر-جرام-ثانية) - نظام الوحدات الذي كان مستخدمًا على نطاق واسع قبل اعتماد النظام الدولي للوحدات (SI). اسم آخر - النظام الفيزيائي المطلق للوحدات.
شريط (بار ، بار)
شريط (التسمية الروسية: شريط؛ دولي: شريط؛) - وحدة ضغط غير نظامية ، تساوي تقريبًا جو واحد ، وتستخدم للسوائل والغازات تحت الضغط.
لماذا بار وليس باسكال؟ ل القياسات الفنية، حيث يوجد ضغط مرتفع، باسكال وحدة صغيرة جدًا. لذلك ، تم تقديم وحدة أكبر - 1 بار. تقريبًا هذا هو ضغط الغلاف الجوي للأرض.
البار هو وحدة غير نظامية لقياس الضغط.
قوة كيلوغرام
قوة كيلوغراميساوي القوة التي تُعلم كتلة الراحة ، تساوي كتلة النموذج الأولي الدولي للكيلوغرام ، تسارع يساوي التسارع الطبيعي للسقوط الحر (9.80665 م / ث 2).
1 كجم \ u003d 1 كجم * 9.80665 م / ث 2 \ u003d 9.80665 نيوتن
قوة الكيلوجرام تساوي تقريبًا القوة التي يضغط بها جسم يزن 1 كيلوجرام على الميزان على سطح الأرض ، لذلك فهي مريحة من حيث أن قيمتها تساوي وزن جسم يزن 1 كجم ، لذلك من السهل على الشخص أن يتخيل ، على سبيل المثال ، ما هي قوة مقدارها 5 kgf.
قوة كيلوغرام (التسمية الروسية: kgfأو كلغ؛ دولي: kgfأو كلغ F ) هي وحدة قوة في نظام الوحدات MKGSS ( م etr - لالطمي جيصدم- معالطمي - معثانيا).
الغلاف الجوي الفني (عند ، في) ، كجم ق / سم 2
الغلاف الجوي التقني (التسمية الروسية: at ؛ دولي: at) - يساوي الضغط الناتج عن قوة مقدارها 1 كجم ق ، موزعة بشكل موحد على سطح مستو متعامد معها بمساحة 1 سم 2. هكذا،
1 عند = 98.066.5 باسكال
الجو المادي (أجهزة الصراف الآلي ، أجهزة الصراف الآلي)
الغلاف الجوي العادي أو القياسي أو المادي (التعيين الروسي: atm ؛ دولي: atm) - وحدة خارج النظام ، تساوي ضغط عمود زئبق مرتفع 760 مم على قاعدته الأفقية بكثافة زئبق 13.595.04 كجم / م 3 ، عند درجة حرارة 0 درجة مئوية وعند تسارع عاديالسقوط الحر 9.80665 م / ث 2.
1 ضغط جوي = 760 مم زئبق
حسب التعريف:
ملليمتر من الزئبق
ملليمتر من الزئبق (التعيين الروسي: mm Hg ؛ الدولي: mm Hg) هو وحدة ضغط غير نظامية ، تسمى أحيانًا "torr" (التسمية الروسية - Torr ، الدولية - Tor) تكريما لإيفانجليستا توريسيلي.
1 مم زئبق 133.3223684 باسكال
| مستوى سطح البحر أجهزة الصراف الآلي | 760 مم زئبق |
| 760 مم زئبق | 101 325 باسكال |
| 1 مم زئبق | 101325/760 133.3223684 باسكال |
| 1 مم زئبق |
13.5951 ملم مرحاض |
أصل هذه الوحدة مرتبط بطريقة قياس الضغط الجوي باستخدام مقياس الضغط الجوي ، حيث يتم موازنة الضغط بواسطة عمود من السائل. غالبًا ما يستخدم الزئبق كسائل لأنه يحتوي على كثافة عالية جدًا (≈13600 كجم / م 3) وضغط منخفض. بخار مشبعفي درجة حرارة الغرفة.
يتم استخدام ملليمترات من الزئبق ، على سبيل المثال ، في تقنية التفريغ وتقارير الأرصاد الجوية وقياسات ضغط الدم.
في الولايات المتحدة وكندا ، وحدة القياس هي "بوصة من الزئبق" (الرمز - بوصة زئبق). 1 بوصة زئبقية = 3.386389 كيلوباسكال عند 0 درجة مئوية.
ملليمتر من عمود الماء
ملليمتر من عمود الماء (التسمية الروسية: عمود الماء مم ، مم H 2 O ؛ دولي: مم H 2 O) هو وحدة غير نظامية لقياس الضغط. إنه يساوي الضغط الهيدروستاتيكي لعمود ماء بارتفاع 1 مم يُمارس على قاعدة مسطحة عند درجة حرارة الماء 4 درجات مئوية.
في الاتحاد الروسيمعتمد للاستخدام كوحدة خارج النظام لقياس الضغط دون تحديد الوقت مع منطقة الاستخدام "جميع المناطق".
في الوقت الحاضر ، من المعتاد استدعاء الضغط مثل هذا الكمية المادية، والتي تساوي نسبة القوة المؤثرة بشكل عمودي على سطح ما ، مباشرة إلى مساحة هذا السطح. حسنًا ، تحت قوة الضغط ، فإنهم يقصدون القوة التي تعمل بشكل عمودي على سطح معين. قد يبدو أن هذا هو المكان الذي تنتهي فيه الاختلافات الرئيسية بين المفهومين. في الواقع ، هذا ليس هو الحال على الإطلاق ، وإذا كنت مهتمًا بمزيد من الفروق الدقيقة التفصيلية فيما يتعلق بالاختلافات بين هذين المفهومين ، فستحتاج إلى قضاء المزيد من الوقت في فهم الحالات التي يتم استخدامها غالبًا.
السمات المميزة الرئيسية لقوة الضغط والضغط
بادئ ذي بدء ، تجدر الإشارة إلى أن الضغط عددي، والتي لا يمكن أن يكون لها أي اتجاه. من المقبول عمومًا أن الضغط ضروري لتوصيف حالة ما يسمى ب "الوسط المستمر". لهذا السبب ، يعمل هذا المفهوم كمكوِّن قطري لموتّر الإجهاد. الأخير هو موتر ينتمي إلى المرتبة الثانية. يتكون من هذه القيم التسع ، والتي يتم توفيرها هنا من أجل تمثيل الإجهاد الميكانيكي عند نقطة عشوائية لجسم محمّل. 
كما تعلم ، فإن الضغط هو كمية فيزيائية مكثفة ، لتعيينهم يستخدمون الرمز p ، والذي يأتي من الكلمة اللاتينية الضغط، الترجمة الحرفية التي تعني الضغط. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه في الوقت الحالي ، يمكن استخدام كلمة مثل "الضغط" على الأكثر مناطق مختلفةالنشاط البشري. لذلك ، على سبيل المثال ، من المعتاد الآن التمييز بين مفاهيم مثل ضغط الدم والضغط الجوي والضغط الخفيف وضغط الانتشار.
إذا لم تكن معظم المصطلحات المذكورة أعلاه شائعة بدرجة كافية ، وكان من غير المناسب تمامًا التحدث عن ضغط الدم في مراجعتنا اليوم ، فإن الضغط الجوي يستحق بعضًا من اهتمامك. يقاس بمقياس ضغط ويساوي وزن عمود الهواء العلوي ، مساحة قاعدته هي الوحدة. حسنًا ، إذا كانت هذه القوة تؤثر على الجسم وتشوهها في النهاية تحت تأثيرها ، فإن هذا المفهوم مناسب تمامًا لاستدعاء قوة الضغط.
يمكن أن تلعب أي قوة دور قوة الضغط. على هذا النحو ، يمكن استخدام وزن الجسم ، والذي سيكون قادرًا دون أي مشاكل على تشويه الدعم أو مثل هذه القوة ، والتي تحت تأثيرها ، يتم ضغط جسم معين على السطح. أيضًا ، مثل أي قوة أخرى ، يُقاس هذا المفهوم عادةً بالنيوتن ، مما يشير إلى اختلاف آخر لا يقل أهمية بين المفاهيم التي ندرسها اليوم ، لأن الضغط العادي يُقاس بالباسكال.
وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن دور قوة الضغط ، بالإضافة إلى الوزن وحده ، يمكن أن تؤديه أي قوة مرونة أخرى. بالمناسبة ، فيما يتعلق مباشرة بالضغط نفسه. لن تكون قادرًا على تغييره بطريقة أو بأخرى إلا إذا قمت بتغيير قوة الضغط ، أو على الأقل غيرت السطح الذي تعمل عليه هذه القوة.
الموجودات
في ضوء كل ما سبق ، من أجل تكوين صورة معينة لما يحدث وإعطائك الفرصة للاستمرار في تقديم إجابة على السؤال: كيف يختلف الضغط عن قوة الضغط ، نسارع إلى لفت انتباهك إلى القليل. من أهم النقاط. لا تنس أن الضغط هو كمية مادية تساوي نسبة قوة الضغط المطبقة على سطح معين إلى مساحة السطح نفسه. في نفس الوقت ، قوة الضغط هي القوة المؤثرة بشكل عمودي على السطح.
مع وضع هذا في الاعتبار ، يمكننا أن نقول ذلك الضغط لكل وحدة مساحة، لكن القوة تشير بالفعل إلى المنطقة السفلية بأكملها ، والتي يُشار إليها في الفيزياء الحديثة بالحرف N. حتى لو لم نأخذ في الاعتبار حقيقة أنه في حالة كلا هذين المفهومين ، من المعتاد استخدام مختلف تمامًا وحدات القياس ، يمكننا القول أن هذه الظواهر مختلفة تمامًا. في الواقع ، يعد الضغط خاصية عادية يمكن مقارنتها بالإضاءة ، بينما قوة الضغط هي التأثير المباشر الذي تسببه مثل هذه الظاهرة.
رجل على الزلاجات وبدونها.
على الثلج السائب ، يمشي الشخص بصعوبة كبيرة ، ويغرق بعمق في كل خطوة. ولكن ، بعد أن ارتدى الزلاجات ، يمكنه المشي دون الوقوع فيها تقريبًا. لماذا ا؟ على الزلاجات أو بدون زلاجات ، يتصرف الشخص على الثلج بنفس القوة التي تساوي وزنه. ومع ذلك ، فإن تأثير هذه القوة في كلتا الحالتين مختلف ، لأن مساحة السطح التي يضغط عليها الشخص مختلفة ، سواء بالزلاجات أو بدونها. تبلغ مساحة سطح التزلج 20 ضعف مساحة النعل. لذلك ، عند الوقوف على الزلاجات ، يتصرف الشخص على كل سنتيمتر مربع من مساحة سطح الثلج بقوة 20 مرة أقل من الوقوف على الثلج بدون زلاجات.
يقوم الطالب ، الذي يعلق صحيفة على السبورة بالأزرار ، بالتصرف على كل زر بنفس القوة. ومع ذلك ، من الأسهل إدخال الزر ذي النهاية الأكثر حدة في الشجرة.
هذا يعني أن نتيجة عمل القوة لا تعتمد فقط على معاملها واتجاهها ونقطة التطبيق ، ولكن أيضًا على مساحة السطح التي يتم تطبيقها عليها (عموديًا تعمل عليها).
تم تأكيد هذا الاستنتاج من خلال التجارب الفيزيائية.
الخبرة: تعتمد نتيجة هذه القوة على القوة المؤثرة لكل وحدة مساحة من السطح.
يجب دفع المسامير في زوايا لوح صغير. أولاً ، قمنا بتثبيت المسامير في اللوحة على الرمل مع وضع نقاطها للأعلى ووضعنا ثقلًا على السبورة. في هذه الحالة ، يتم ضغط رؤوس الظفر قليلاً في الرمال. ثم اقلب اللوح وضع المسامير على الحافة. في هذه الحالة ، تكون منطقة الدعم أصغر ، وتحت تأثير نفس القوة ، تتعمق المسامير في الرمال.
خبرة. التوضيح الثاني.
تعتمد نتيجة تأثير هذه القوة على القوة التي تؤثر على كل وحدة من وحدات المساحة السطحية.
في الأمثلة المدروسة ، تصرفت القوى بشكل عمودي على سطح الجسم. كان وزن الشخص عموديًا على سطح الثلج ؛ القوة المؤثرة على الزر عمودية على سطح اللوحة.
تسمى القيمة المساوية لنسبة القوة المؤثرة بشكل عمودي على السطح إلى مساحة هذا السطح الضغط.
لتحديد الضغط ، من الضروري تقسيم القوة المؤثرة بشكل عمودي على السطح على مساحة السطح:
الضغط = القوة / المنطقة.
دعونا نشير إلى الكميات المدرجة في هذا التعبير: ضغط - ص، القوة المؤثرة على السطح ، - Fومساحة السطح س.
ثم نحصل على الصيغة:
ع = F / S.
من الواضح أن قوة أكبر تعمل على نفس المنطقة ستنتج ضغطًا أكبر.
تؤخذ وحدة الضغط على أنها الضغط الذي ينتج قوة مقدارها 1 نيوتن تعمل على سطح 1 م 2 عمودي على هذا السطح.
وحدة الضغط - نيوتن لكل متر مربع(1 نيوتن / م 2). تكريما للعالم الفرنسي بليز باسكال إنه يسمى باسكال بنسلفانيا). هكذا،
1 باسكال = 1 نيوتن / م 2.
تستخدم وحدات الضغط الأخرى أيضًا: ناضح (hPa) و كيلوباسكال (كيلو باسكال).
1 كيلو باسكال = 1000 باسكال ؛
1 هكتو باسكال = 100 باسكال ؛
1 باسكال = 0.001 كيلو باسكال ؛
1 باسكال = 0.01 هيكتو باسكال.
دعنا نكتب حالة المشكلة ونحلها.
منح : م = 45 كجم ، S = 300 سم 2 ؛ ع =؟
في وحدات النظام الدولي SI: S = 0.03 م 2
قرار:
ص = F/س,
F = ص,
ص = ز م,
ص= 9.8 نيوتن 45 كجم ≈ 450 نيوتن ،
ص= 450 / 0.03 نيوتن / م 2 = 15000 باسكال = 15 كيلو باسكال
"الإجابة": p = 15000 Pa = 15 كيلو باسكال
طرق تقليل وزيادة الضغط.
ينتج جرار كاتربيلر ثقيل ضغطًا على التربة يساوي 40-50 كيلو باسكال ، أي 2-3 مرات أكثر من ضغط صبي يزن 45 كجم. هذا بسبب توزيع وزن الجرار على مساحة أكبر بسبب محرك كاتربيلر. وقد أثبتنا ذلك كلما كبرت مساحة الدعم ، قل الضغط الناتج عن نفس القوة على هذا الدعم .
اعتمادًا على ما إذا كنت بحاجة إلى الحصول على ضغط صغير أو كبير ، تزداد مساحة الدعم أو تنقص. على سبيل المثال ، لكي تتحمل التربة ضغط المبنى الذي يتم تشييده ، يتم زيادة مساحة الجزء السفلي من الأساس.
يتم تصنيع إطارات الشاحنات وشاسيه الطائرات أوسع بكثير من سيارات الركاب. الإطارات العريضة بشكل خاص مصنوعة للسيارات المصممة للسفر في الصحاري.
الآلات الثقيلة ، مثل الجرار أو الخزان أو المستنقع ، ذات مساحة تحمل كبيرة للمسارات ، تمر عبر تضاريس مستنقعية لا يستطيع الشخص المرور من خلالها.
من ناحية أخرى ، مع مساحة سطح صغيرة ، يمكن توليد ضغط كبير بقوة صغيرة. على سبيل المثال ، عند الضغط على زر في لوحة ، فإننا نتصرف عليه بقوة تبلغ حوالي 50 N. نظرًا لأن مساحة طرف الزر تبلغ حوالي 1 مم 2 ، فإن الضغط الناتج عنه يساوي:
ع \ u003d 50 N / 0.000001 م 2 \ u003d 50000000 باسكال \ u003d 50000 كيلو باسكال.
للمقارنة ، هذا الضغط يزيد 1000 مرة عن الضغط الذي يمارسه جرار كاتربيلر على التربة. يمكن العثور على العديد من هذه الأمثلة.
يتم شحذ شفرة أدوات القطع والثقب (سكاكين ، مقص ، قواطع ، مناشير ، إبر ، إلخ) بشكل خاص. تتميز الحافة الحادة للشفرة الحادة بمساحة صغيرة ، لذلك حتى قوة صغيرة تخلق الكثير من الضغط ، ومن السهل العمل باستخدام مثل هذه الأداة.
توجد أيضًا أجهزة القطع والثقب في الحياة البرية: هذه أسنان ، ومخالب ، ومناقير ، ومسامير ، وما إلى ذلك - كلها مصنوعة من مادة صلبة وناعمة وحادة للغاية.
ضغط
من المعروف أن جزيئات الغاز تتحرك بشكل عشوائي.
نحن نعلم بالفعل أن الغازات ، على عكس المواد الصلبة والسوائل ، تملأ الوعاء بأكمله الذي توجد فيه. على سبيل المثال ، أسطوانة فولاذية لتخزين الغازات أو أنبوب إطار سيارة أو كرة طائرة. في هذه الحالة ، يمارس الغاز ضغطًا على الجدران وأسفل وغطاء الأسطوانة أو الغرفة أو أي جسم آخر يوجد فيه. يرجع ضغط الغاز إلى أسباب أخرى غير ضغط الجسم الصلب على الدعامة.
من المعروف أن جزيئات الغاز تتحرك بشكل عشوائي. أثناء حركتهم ، يصطدمون ببعضهم البعض ، وكذلك بجدران الوعاء الذي يوجد فيه الغاز. هناك العديد من الجزيئات في الغاز ، وبالتالي فإن عدد تأثيراتها كبير جدًا. على سبيل المثال ، يتم التعبير عن عدد تأثيرات جزيئات الهواء في غرفة ما على سطح يبلغ 1 سم 2 في ثانية واحدة في صورة عدد مكون من ثلاثة وعشرين رقمًا. على الرغم من أن قوة تأثير الجزيء الفردي صغيرة ، إلا أن تأثير جميع الجزيئات على جدران الوعاء يكون مهمًا - فهو يخلق ضغطًا للغاز.
لذا، ضغط الغاز على جدران الوعاء (وعلى الجسم الموضوع في الغاز) ناتج عن تأثيرات جزيئات الغاز .
يعتبر التجربة القادمة. ضع كرة مطاطية تحت جرس مضخة الهواء. تحتوي على كمية صغيرة من الهواء ولها ذو شكل غير منتظم. ثم نقوم بضخ الهواء من تحت الجرس بمضخة. تتضخم قوقعة الكرة ، التي يتخلل الهواء حولها أكثر فأكثر ، وتتضخم تدريجياً وتتخذ شكل كرة عادية.
كيف نفسر هذه التجربة؟
تستخدم أسطوانات فولاذية متينة خاصة لتخزين ونقل الغاز المضغوط.
في تجربتنا ، اصطدمت جزيئات الغاز المتحركة باستمرار بجدران الكرة من الداخل والخارج. عندما يتم ضخ الهواء إلى الخارج ، يتناقص عدد الجزيئات الموجودة في الجرس حول قشرة الكرة. لكن داخل الكرة لا يتغير عددهم. لذلك ، يصبح عدد تأثيرات الجزيئات على الجدران الخارجية للقشرة أقل من عدد التأثيرات على الجدران الداخلية. يتم نفخ البالون حتى تصبح قوة مرونة غلافه المطاطي مساوية لقوة ضغط الغاز. تتخذ قوقعة الكرة شكل كرة. وهذا يبين أن يضغط الغاز على جدرانه بالتساوي في كل الاتجاهات. بمعنى آخر ، عدد التأثيرات الجزيئية لكل سنتيمتر مربع من مساحة السطح هو نفسه في جميع الاتجاهات. نفس الضغط في جميع الاتجاهات هو خاصية مميزة للغاز ونتيجة للحركة العشوائية لعدد كبير من الجزيئات.
دعونا نحاول تقليل حجم الغاز ، ولكن تبقى كتلته دون تغيير. هذا يعني أن في كل سنتيمتر مكعبسيكون هناك المزيد من جزيئات الغاز ، ستزداد كثافة الغاز. ثم سيزداد عدد تأثيرات الجزيئات على الجدران ، أي سيزداد ضغط الغاز. يمكن تأكيد ذلك من خلال التجربة.
على الصورة أيظهر أنبوب زجاجي ، أحد طرفيه مغطى بطبقة رقيقة من المطاط. يتم إدخال مكبس في الأنبوب. عندما يتم دفع المكبس للداخل ، يقل حجم الهواء في الأنبوب ، أي يتم ضغط الغاز. ينتفخ الفيلم المطاطي للخارج ، مما يشير إلى زيادة ضغط الهواء في الأنبوب.
على العكس من ذلك ، مع زيادة حجم نفس كتلة الغاز ، ينخفض عدد الجزيئات في كل سنتيمتر مكعب. سيؤدي ذلك إلى تقليل عدد التأثيرات على جدران الوعاء - سيقل ضغط الغاز. في الواقع ، عندما يتم سحب المكبس من الأنبوب ، يزداد حجم الهواء ، وينحني الفيلم داخل الوعاء. يشير هذا إلى انخفاض ضغط الهواء في الأنبوب. يمكن ملاحظة نفس الظواهر إذا كان هناك أي غاز آخر بدلاً من الهواء في الأنبوب.
لذا، عندما ينقص حجم الغاز ، يزداد ضغطه ، وعندما يزداد الحجم ، ينخفض الضغط ، بشرط أن تظل كتلة الغاز ودرجة حرارته دون تغيير.
كيف يتغير ضغط الغاز عند تسخينه بحجم ثابت؟ من المعروف أن سرعة حركة جزيئات الغاز تزداد عند تسخينها. تتحرك الجزيئات بشكل أسرع ، وتضرب جدران الوعاء في كثير من الأحيان. بالإضافة إلى ذلك ، سيكون كل تأثير للجزيء على الحائط أقوى. نتيجة لذلك ، سوف تتعرض جدران الوعاء لمزيد من الضغط.
لذلك، يزداد ضغط الغاز في وعاء مغلق كلما ارتفعت درجة حرارة الغازبشرط ألا تتغير كتلة الغاز والحجم.
من هذه التجارب يمكن استنتاج أن كلما كان ضغط الغاز أكبر ، كلما اصطدمت الجزيئات بجدران الوعاء بشكل أقوى .
لتخزين ونقل الغازات ، يتم ضغطها بشكل كبير. في الوقت نفسه ، يزداد ضغطها ، يجب وضع الغازات في أسطوانات خاصة متينة للغاية. تحتوي هذه الأسطوانات ، على سبيل المثال ، على هواء مضغوط في الغواصات ، والأكسجين المستخدم في اللحام المعدني. بالطبع ، يجب أن نتذكر دائمًا أنه لا يمكن تسخين أسطوانات الغاز ، خاصةً عندما تمتلئ بالغاز. لأنه ، كما نفهم بالفعل ، يمكن أن يحدث انفجار مع عواقب غير سارة للغاية.
قانون باسكال.
ينتقل الضغط إلى كل نقطة من السائل أو الغاز.
ينتقل ضغط المكبس إلى كل نقطة من السائل الذي يملأ الكرة.
الآن الغاز.
على عكس المواد الصلبة ، يمكن للطبقات الفردية والجزيئات الصغيرة من السائل والغاز أن تتحرك بحرية بالنسبة لبعضها البعض في جميع الاتجاهات. يكفي ، على سبيل المثال ، النفخ برفق على سطح الماء في كوب لتحريك الماء. تظهر التموجات على نهر أو بحيرة عند أدنى نسيم.
تفسر حركة الغاز والجسيمات السائلة ذلك الضغط الناتج عنهم ينتقل ليس فقط في اتجاه القوة ، ولكن في كل نقطة. دعونا نفكر في هذه الظاهرة بمزيد من التفصيل.
على الصورة أيصور وعاء يحتوي على غاز (أو سائل). يتم توزيع الجسيمات بالتساوي في جميع أنحاء الوعاء. يتم إغلاق الوعاء بواسطة مكبس يمكنه التحرك لأعلى ولأسفل.
من خلال تطبيق بعض القوة ، دعونا نجعل المكبس يتحرك قليلاً إلى الداخل ونضغط الغاز (السائل) أسفله مباشرةً. ثم ستكون الجزيئات (الجزيئات) موجودة في هذا المكان بشكل أكثر كثافة من ذي قبل (الشكل ، ب). بسبب تنقل جزيئات الغاز سوف تتحرك في جميع الاتجاهات. نتيجة لذلك ، سيصبح ترتيبها موحدًا مرة أخرى ، ولكن أكثر كثافة من ذي قبل (الشكل ج). لذلك ، فإن ضغط الغاز سيزداد في كل مكان. هذا يعني أن ضغطًا إضافيًا ينتقل إلى جميع جزيئات الغاز أو السائل. لذلك ، إذا زاد الضغط على الغاز (السائل) بالقرب من المكبس نفسه بمقدار 1 باسكال ، فعندئذٍ في جميع النقاط داخلسيكون ضغط الغاز أو السائل أكبر من ذي قبل بنفس المقدار. سوف يزداد الضغط على جدران الوعاء وفي الأسفل وعلى المكبس بمقدار 1 باسكال.
ينتقل الضغط الذي يمارس على سائل أو غاز إلى أي نقطة بالتساوي في جميع الاتجاهات .
هذا البيان يسمى قانون باسكال.
بناءً على قانون باسكال ، من السهل شرح التجارب التالية.
يوضح الشكل كرة مجوفة بها ثقوب صغيرة في أماكن مختلفة. يتم توصيل أنبوب بالكرة ، يتم إدخال مكبس فيه. إذا قمت بسحب الماء إلى الكرة ودفعت المكبس في الأنبوب ، فسيتدفق الماء من جميع الثقوب الموجودة في الكرة. في هذه التجربة ، يضغط المكبس على سطح الماء في الأنبوب. جزيئات الماء تحت المكبس ، بالتكثيف ، تنقل ضغطها إلى طبقات أخرى أعمق. وهكذا ، ينتقل ضغط المكبس إلى كل نقطة من السائل الذي يملأ الكرة. نتيجة لذلك ، يتم دفع جزء من الماء خارج الكرة في شكل تيارات متطابقة تتدفق من جميع الثقوب.
إذا كانت الكرة مملوءة بالدخان ، فعندما يتم دفع المكبس في الأنبوب ، ستبدأ تيارات متطابقة من الدخان في الخروج من جميع فتحات الكرة. هذا يؤكد أن و تنقل الغازات الضغط الناتج عنها بالتساوي في جميع الاتجاهات.
الضغط في السائل والغاز.
تحت وزن السائل ، سوف يتدلى قاع المطاط في الأنبوب.
السوائل ، مثل جميع الأجسام على الأرض ، تتأثر بالجاذبية. لذلك ، فإن كل طبقة من السائل تُسكب في وعاء تخلق ضغطًا بوزنها ، والذي ، وفقًا لقانون باسكال ، ينتقل في جميع الاتجاهات. لذلك ، يوجد ضغط داخل السائل. يمكن التحقق من ذلك من خلال التجربة.
صب الماء في أنبوب زجاجي ، يتم إغلاق الفتحة السفلية منه بغشاء مطاطي رفيع. تحت وزن السائل ، ينحني قاع الأنبوب.
تشير التجربة إلى أنه كلما ارتفع عمود الماء فوق الفيلم المطاطي ، زاد ترهله. ولكن في كل مرة بعد ارتخاء قاع المطاط ، يصل الماء الموجود في الأنبوب إلى حالة توازن (توقف) ، لأنه بالإضافة إلى الجاذبية ، تعمل القوة المرنة للفيلم المطاطي الممتد على الماء.
القوى المؤثرة على الفيلم المطاطي |
هي نفسها على كلا الجانبين. |
توضيح.
يتحرك الجزء السفلي بعيدًا عن الأسطوانة بسبب الضغط عليها بسبب الجاذبية.
لننزل أنبوبًا بقاع مطاطي ، يُسكب فيه الماء ، في وعاء آخر أوسع به ماء. سنرى أنه أثناء خفض الأنبوب ، يتم تقويم الفيلم المطاطي تدريجياً. يظهر الاستقامة الكاملة للفيلم أن القوى المؤثرة عليه من أعلى وأسفل متساوية. يحدث الاستقامة الكاملة للفيلم عندما تتزامن مستويات الماء في الأنبوب والوعاء.
يمكن إجراء نفس التجربة باستخدام أنبوب يغلق فيه فيلم مطاطي الفتحة الجانبية ، كما هو موضح في الشكل أ. اغمر أنبوب الماء هذا في وعاء ماء آخر ، كما هو موضح في الشكل ، ب. سنلاحظ أن الفيلم يستقيم مرة أخرى بمجرد تساوي مستويات المياه في الأنبوب والوعاء. هذا يعني أن القوى المؤثرة على الفيلم المطاطي هي نفسها من جميع الجوانب.
خذ سفينة يمكن أن يسقط قاعها. دعونا نضعها في وعاء من الماء. في هذه الحالة ، سيتم الضغط على الجزء السفلي بإحكام على حافة الوعاء ولن يسقط. يتم ضغطه بقوة ضغط الماء ، ويتجه من الأسفل إلى الأعلى.
سنسكب الماء بعناية في الوعاء ونراقب قاعه. بمجرد أن يتطابق مستوى الماء في الإناء مع مستوى الماء في الجرة ، فإنه سينخفض بعيدًا عن الإناء.
في لحظة الانفصال ، يضغط عمود من السائل في الوعاء لأسفل على القاع ، وينتقل الضغط من أسفل إلى أعلى إلى أسفل نفس عمود السائل في الارتفاع ، ولكن يقع في الجرة. كلا هذين الضغطين متماثلان ، لكن الجزء السفلي يتحرك بعيدًا عن الأسطوانة بسبب تأثير جاذبيته عليها.
تم وصف التجارب مع الماء أعلاه ، ولكن إذا أخذنا أي سائل آخر بدلاً من الماء ، فستكون نتائج التجربة هي نفسها.
لذا ، تظهر التجارب ذلك يوجد ضغط داخل السائل ، وعند نفس المستوى يكون هو نفسه في جميع الاتجاهات. يزداد الضغط مع العمق.
لا تختلف الغازات في هذا الصدد عن السوائل ، لأن لها وزنًا أيضًا. لكن يجب أن نتذكر أن كثافة الغاز أقل بمئات المرات من كثافة السائل. وزن الغاز في الوعاء صغير ، وفي كثير من الحالات يمكن تجاهل ضغط "وزنه".
حساب ضغط السائل على قاع وجدران الوعاء.
حساب ضغط السائل على قاع وجدران الوعاء.
ضع في اعتبارك كيف يمكنك حساب ضغط السائل على قاع الإناء وجدرانه. دعونا أولاً نحل مشكلة السفينة التي لها شكل متوازي السطوح المستطيل.
القوة F، التي يضغط بها السائل في هذه الوعاء على قاعها ، يساوي الوزن صالسائل في الوعاء. يمكن تحديد وزن السائل بمعرفة كتلته. م. الكتلة ، كما تعلم ، يمكن حسابها بالصيغة: م = ρ الخامس. من السهل حساب حجم السائل الذي يتم سكبه في الوعاء الذي اخترناه. إذا تم الإشارة إلى ارتفاع عمود السائل في الوعاء بالحرف حومساحة قاع الإناء س، من ثم V = S ح.
الكتلة السائلة م = ρ الخامس، أو م = ρ S ح .
وزن هذا السائل P = ز م، أو P = ز ρ S ح.
بما أن وزن عمود السائل يساوي القوة التي يضغط بها السائل على قاع الإناء ، إذن ، يتم تقسيم الوزن صالى الميدان س، نحصل على ضغط السائل ص:
p = P / S ، أو p = g ρ S h / S ،
لقد حصلنا على صيغة لحساب ضغط السائل في قاع الإناء. من هذه الصيغة يمكن ملاحظة ذلك يعتمد ضغط السائل في قاع الوعاء فقط على كثافة عمود السائل وارتفاعه.
لذلك ، وفقًا للصيغة المشتقة ، من الممكن حساب ضغط السائل الذي يتم سكبه في الوعاء اي نموذج(بالمعنى الدقيق للكلمة ، فإن حساباتنا مناسبة فقط للأوعية التي لها شكل منشور مستقيم وأسطوانة. في دورات الفيزياء للمعهد ، ثبت أن الصيغة صحيحة أيضًا لسفينة ذات شكل عشوائي). بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدامه لحساب الضغط على جدران الوعاء. يتم أيضًا حساب الضغط داخل السائل ، بما في ذلك الضغط من الأسفل إلى الأعلى ، باستخدام هذه الصيغة ، لأن الضغط عند نفس العمق هو نفسه في جميع الاتجاهات.
عند حساب الضغط باستخدام الصيغة ع = gphتحتاج كثافة ρ معبراً عنه بالكيلوجرام لكل متر مكعب (كجم / م 3) ، وارتفاع عمود السائل ح- بالأمتار (م) ، ز\ u003d 9.8 نيوتن / كجم ، ثم يتم التعبير عن الضغط بالباسكال (Pa).
مثال. حدد ضغط الزيت في قاع الخزان إذا كان ارتفاع عمود الزيت 10 م وكثافته 800 كجم / م 3.
دعنا نكتب حالة المشكلة ونكتبها.
منح :
ρ \ u003d 800 كجم / م 3
قرار :
ع = 9.8 نيوتن / كجم 800 كجم / م 3 10 م ≈ 80000 باسكال ≈ 80 كيلو باسكال.
إجابه : ص ≈ 80 كيلو باسكال.
الأواني المستطرقة.
الأواني المستطرقة.
يوضح الشكل سفينتين متصلتين ببعضهما البعض بواسطة أنبوب مطاطي. تسمى هذه السفن التواصل. تعتبر علبة الري ، إبريق الشاي ، وعاء القهوة أمثلة على الأوعية المتصلة. نعلم من التجربة أن الماء الذي يتم سكبه ، على سبيل المثال ، في إبريق سقي ، يقف دائمًا على نفس المستوى في الفوهة والداخل.
السفن المتصلة أمر شائع بالنسبة لنا. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون إبريق شاي أو إبريق سقي أو إبريق قهوة. |
يتم تثبيت أسطح السائل المتجانس على نفس المستوى في الأوعية المتصلة من أي شكل. |
سوائل ذات كثافة مختلفة. |
باستخدام الأوعية المتصلة ، يمكن إجراء التجربة البسيطة التالية. في بداية التجربة ، قمنا بربط الأنبوب المطاطي في المنتصف ، ونسكب الماء في أحد الأنابيب. ثم نفتح المشبك ، ويتدفق الماء على الفور إلى الأنبوب الآخر حتى تصبح أسطح الماء في كلا الأنبوبين على نفس المستوى. يمكنك تثبيت أحد الأنابيب في حامل ثلاثي القوائم ، ورفع الآخر أو خفضه أو إمالته في اتجاهات مختلفة. وفي هذه الحالة ، بمجرد أن يهدأ السائل ، فإن مستوياته في كلا الأنبوبين سوف تتساوى.
في الأوعية المتصلة من أي شكل وقسم ، يتم ضبط أسطح السائل المتجانس على نفس المستوى(بشرط أن يكون ضغط الهواء فوق السائل هو نفسه) (الشكل 109).
يمكن تبرير هذا على النحو التالي. السائل في حالة سكون دون الانتقال من وعاء إلى آخر. هذا يعني أن الضغوط في كلا السفينتين هي نفسها على أي مستوى. السائل في كلا الوعاءين هو نفسه ، أي له نفس الكثافة. لذلك ، يجب أن تكون ارتفاعاتها هي نفسها. عندما نرفع وعاءً أو نضيف إليه سائلًا يزداد الضغط فيه ويتحرك السائل في وعاء آخر حتى تتوازن الضغوط.
إذا تم سكب سائل بكثافة واحدة في أحد الأوعية المتصلة ، وتم سكب كثافة أخرى في الثانية ، فلن تكون مستويات هذه السوائل متماثلة عند التوازن. وهذا أمر مفهوم. نعلم أن ضغط السائل في قاع الوعاء يتناسب طرديًا مع ارتفاع العمود وكثافة السائل. وفي هذه الحالة ستكون كثافة السوائل مختلفة.
مع ضغوط متساوية ، سيكون ارتفاع عمود سائل بكثافة أعلى أقل من ارتفاع عمود سائل بكثافة أقل (الشكل).
خبرة. كيفية تحديد كتلة الهواء.
وزن الهواء. الضغط الجوي.
وجود ضغط جوي.
الضغط الجوي أكبر من ضغط الهواء المخلخل في وعاء.
تؤثر قوة الجاذبية على الهواء وكذلك على أي جسم موجود على الأرض ، وبالتالي فإن الهواء له وزن. يسهل حساب وزن الهواء بمعرفة كتلته.
سنبين بالتجربة كيفية حساب كتلة الهواء. للقيام بذلك ، خذ كرة زجاجية قوية مع فلين وأنبوب مطاطي مع مشبك. نقوم بضخ الهواء منه بمضخة ، ونشبك الأنبوب بمشبك ونوازنه على الميزان. ثم ، افتح المشبك على الأنبوب المطاطي ، اترك الهواء فيه. في هذه الحالة ، سوف يضطرب ميزان الميزان. لاستعادتها ، سيتعين عليك وضع أوزان على لوح الميزان الآخر ، حيث ستكون كتلته مساوية لكتلة الهواء في حجم الكرة.
أثبتت التجارب أنه عند درجة حرارة 0 درجة مئوية وضغط جوي عادي ، فإن كتلة الهواء بحجم 1 م 3 تساوي 1.29 كجم. من السهل حساب وزن هذا الهواء:
P = جم م ، ف = 9.8 نيوتن / كجم 1.29 كجم 13 ن.
يسمى غلاف الهواء الذي يحيط بالأرض الغلاف الجوي (من اليونانية. الغلاف الجويالبخار والهواء و جسم كروى- كرة).
الغلاف الجوي كما هو موضح في ملاحظات الرحلة أقمار صناعيةتمتد الأرض على ارتفاع يصل إلى عدة آلاف من الكيلومترات.
بسبب تأثير الجاذبية ، تضغط الطبقات العليا من الغلاف الجوي ، مثل مياه المحيطات ، على الطبقات السفلية. يتم ضغط طبقة الهواء المجاورة مباشرة للأرض بشكل أكبر ، ووفقًا لقانون باسكال ، فإنها تنقل الضغط الناتج عنها في جميع الاتجاهات.
نتيجة لذلك ، يتعرض سطح الأرض والأجسام الموجودة عليه لضغط سماكة الهواء بالكامل ، أو كما يقال عادةً في مثل هذه الحالات ، الضغط الجوي .
يمكن تفسير وجود الضغط الجوي من خلال العديد من الظواهر التي نواجهها في الحياة. دعونا نفكر في بعضها.
يوضح الشكل أنبوبًا زجاجيًا ، يوجد بداخله مكبس يلائم جدران الأنبوب بإحكام. يتم غمس نهاية الأنبوب في الماء. إذا رفعت المكبس ، سيرتفع الماء خلفه.
تستخدم هذه الظاهرة في مضخات المياه وبعض الأجهزة الأخرى.
يوضح الشكل وعاءًا أسطوانيًا. يتم إغلاقها بسدادة يتم إدخال أنبوب بها صنبور. يتم ضخ الهواء خارج الوعاء بواسطة مضخة. ثم يتم وضع نهاية الأنبوب في الماء. إذا فتحت الصنبور الآن ، فسوف يتناثر الماء داخل الوعاء في نافورة. يدخل الماء إلى الوعاء لأن الضغط الجوي أكبر من ضغط الهواء المخلخل في الوعاء.
لماذا الغلاف الجوي للأرض موجود.
مثل كل الأجسام ، تنجذب جزيئات الغازات التي يتكون منها الغلاف الجوي للأرض إلى الأرض.
لكن لماذا إذن لا يسقطون جميعًا على سطح الأرض؟ كيف يتم الحفاظ على الغلاف الجوي للأرض؟ لفهم هذا ، يجب أن نأخذ في الاعتبار أن جزيئات الغازات في حركة مستمرة وعشوائية. ولكن بعد ذلك يطرح سؤال آخر: لماذا لا تطير هذه الجزيئات بعيدًا في الفضاء العالمي ، أي في الفضاء.
من أجل مغادرة الأرض تمامًا ، مثل الجزيء سفينة فضائيةأو صاروخ ، يجب أن يكون بسرعة عالية جدًا (11.2 كم / ثانية على الأقل). هذا ما يسمى ب سرعة الهروب الثانية. سرعة معظم الجزيئات في الغلاف الجوي للأرض أقل بكثير من ذلك سرعة الفضاء. لذلك ، يرتبط معظمهم بالأرض عن طريق الجاذبية ، ولا يطير سوى عدد ضئيل من الجزيئات خارج الأرض إلى الفضاء.
ينتج عن الحركة العشوائية للجزيئات وتأثير الجاذبية عليها حقيقة أن جزيئات الغاز "تطفو" في الفضاء بالقرب من الأرض ، مكونة غلافًا هوائيًا ، أو الغلاف الجوي المعروف لنا.
تظهر القياسات أن كثافة الهواء تتناقص بسرعة مع الارتفاع. لذلك ، على ارتفاع 5.5 كم فوق الأرض ، تكون كثافة الهواء أقل بمرتين من كثافته على سطح الأرض ، على ارتفاع 11 كم - 4 مرات أقل ، إلخ. وأخيرا ، على الأكثر الطبقات العليا(مئات وآلاف الكيلومترات فوق الأرض) ، يتحول الغلاف الجوي تدريجياً إلى فضاء خالٍ من الهواء. ليس للقذيفة الجوية للأرض حدود واضحة.
بالمعنى الدقيق للكلمة ، نظرًا لتأثير الجاذبية ، فإن كثافة الغاز في أي وعاء مغلق ليست هي نفسها في جميع أنحاء حجم الوعاء بأكمله. في الجزء السفلي من الوعاء ، تكون كثافة الغاز أكبر مما هي عليه في أجزائه العلوية ، وبالتالي فإن الضغط في الوعاء ليس هو نفسه. إنه أكبر في قاع الإناء منه في الجزء العلوي. ومع ذلك ، بالنسبة للغاز الموجود في الوعاء ، فإن هذا الاختلاف في الكثافة والضغط صغير جدًا لدرجة أنه في كثير من الحالات يمكن تجاهله تمامًا ، فقط كن على دراية به. ولكن بالنسبة للغلاف الجوي الذي يمتد على عدة آلاف من الكيلومترات ، فإن الفرق كبير.
قياس الضغط الجوي. تجربة توريشيلي.
من المستحيل حساب الضغط الجوي باستخدام صيغة حساب ضغط عمود السائل (الفقرة 38). لمثل هذا الحساب ، تحتاج إلى معرفة ارتفاع الغلاف الجوي وكثافة الهواء. لكن الغلاف الجوي ليس له حدود محددة ، وتختلف كثافة الهواء عند ارتفاعات مختلفة. ومع ذلك ، يمكن قياس الضغط الجوي باستخدام تجربة اقترحها عالم إيطالي في القرن السابع عشر. إيفانجليستا توريشيلي طالب غاليليو.
تجربة توريتشيلي هي كالتالي: أنبوب زجاجي طوله حوالي متر واحد ، محكم الإغلاق من أحد طرفيه ، مملوء بالزئبق. بعد ذلك ، يتم إغلاق الطرف الثاني من الأنبوب بإحكام ، ويتم قلبه وخفضه في كوب به زئبق ، حيث يتم فتح هذا الطرف من الأنبوب تحت مستوى الزئبق. كما هو الحال في أي تجربة سائلة ، يُسكب جزء من الزئبق في الكوب ، ويبقى جزء منه في الأنبوب. يبلغ ارتفاع عمود الزئبق المتبقي في الأنبوب حوالي 760 مم. لا يوجد هواء فوق الزئبق داخل الأنبوب ، وهناك مساحة خالية من الهواء ، لذلك لا يمارس الغاز ضغطًا من الأعلى على عمود الزئبق داخل هذا الأنبوب ولا يؤثر على القياسات.
توريتشيللي ، الذي اقترح التجربة الموضحة أعلاه ، قدم تفسيره أيضًا. يضغط الغلاف الجوي على سطح الزئبق في الكوب. الزئبق في حالة توازن. هذا يعني أن الضغط في الأنبوب هو أأ 1 (انظر الشكل) يساوي الضغط الجوي. عندما يتغير الضغط الجوي ، يتغير أيضًا ارتفاع عمود الزئبق في الأنبوب. مع زيادة الضغط ، يطول العمود. مع انخفاض الضغط ، يتناقص ارتفاع عمود الزئبق.
يتم إنشاء الضغط في الأنبوب عند المستوى aa1 بوزن عمود الزئبق في الأنبوب ، حيث لا يوجد هواء فوق الزئبق في الجزء العلوي من الأنبوب. ومن ثم يتبع ذلك الضغط الجوي يساوي ضغط عمود الزئبق في الأنبوب ، بمعنى آخر.
ص atm = صالزئبق.
كلما زاد الضغط الجوي ، زاد عمود الزئبق في تجربة توريسيلي. لذلك ، من الناحية العملية ، يمكن قياس الضغط الجوي بارتفاع عمود الزئبق (بالمليمترات أو السنتيمترات). على سبيل المثال ، إذا كان الضغط الجوي 780 ملم زئبق. فن. (يقولون "ملليمتر من الزئبق") ، وهذا يعني أن الهواء ينتج نفس الضغط مثل عمود عمودي من الزئبق ينتج 780 مم.
لذلك ، في هذه الحالة ، يؤخذ 1 ملم من الزئبق (1 ملم زئبق) كوحدة للضغط الجوي. لنجد العلاقة بين هذه الوحدة والوحدة التي نعرفها - باسكال(باسكال).
ضغط عمود الزئبق ρ من الزئبق بارتفاع 1 مم هو:
ص = ز ρ ح, ص= 9.8 نيوتن / كجم 13600 كجم / م 3 0.001 م ≈ 133.3 باسكال.
لذلك ، 1 ملم زئبق. فن. = 133.3 باسكال.
حاليًا ، يُقاس الضغط الجوي عادةً بالهكتوباسكال (1 hPa = 100 Pa). على سبيل المثال ، قد تعلن تقارير الطقس أن الضغط هو 1013 hPa ، وهو نفس الضغط 760 mmHg. فن.
من خلال مراقبة ارتفاع عمود الزئبق في الأنبوب يوميًا ، اكتشف توريشيلي أن هذا الارتفاع يتغير ، أي أن الضغط الجوي ليس ثابتًا ، ويمكن أن يزيد وينقص. لاحظ توريشيلي أيضًا أن الضغط الجوي مرتبط بالتغيرات في الطقس.
إذا قمت بإرفاق مقياس عمودي بأنبوب الزئبق المستخدم في تجربة Torricelli ، فستحصل على أبسط جهاز - بارومتر الزئبق (من اليونانية. باروس- ثقل ، ميتريو- معيار). يتم استخدامه لقياس الضغط الجوي.
بارومتر - لا سائلي.
في الممارسة العملية ، يتم استخدام مقياس معدني لقياس الضغط الجوي ، يسمى لا سائلي (مترجم من اليونانية - لا سائلي). يسمى البارومتر بذلك لأنه لا يحتوي على الزئبق.
يظهر مظهر اللاسائلي في الشكل. الجزء الرئيسي منه عبارة عن صندوق معدني 1 بسطح مموج (مموج) (انظر الشكل الآخر). يُضخ الهواء من هذا الصندوق ، وحتى لا يسحق الضغط الجوي الصندوق ، يُسحب غلافه 2 بواسطة زنبرك. مع زيادة الضغط الجوي ، ينثني الغطاء لأسفل ويشد الزنبرك. عندما ينخفض الضغط ، يقوم الزنبرك بتقوية الغطاء. يتم توصيل مؤشر السهم 4 بالزنبرك بواسطة آلية نقل 3 ، والتي تتحرك إلى اليمين أو اليسار عندما يتغير الضغط. يتم تثبيت مقياس تحت السهم ، يتم تمييز أقسامه وفقًا لمؤشرات مقياس الزئبق. لذا ، فإن الرقم 750 ، الذي تقف عليه الإبرة اللاسائلية (انظر الشكل) ، يوضح أنه في اللحظة المعينة في مقياس الزئبق ، يبلغ ارتفاع عمود الزئبق 750 ملم.
لذلك يبلغ الضغط الجوي 750 ملم زئبق. فن. أو ≈ 1000 هيكتوباسكال.
تعتبر قيمة الضغط الجوي مهمة جدًا للتنبؤ بالطقس للأيام القادمة ، حيث ترتبط التغيرات في الضغط الجوي بالتغيرات في الطقس. البارومتر هو أداة ضرورية لرصد الأرصاد الجوية.
الضغط الجوي على ارتفاعات مختلفة.
في السائل ، يعتمد الضغط ، كما نعلم ، على كثافة السائل وارتفاع عموده. بسبب الانضغاطية المنخفضة ، فإن كثافة السائل عند أعماق مختلفة هي نفسها تقريبًا. لذلك ، عند حساب الضغط ، نعتبر أن كثافته ثابتة ونأخذ في الاعتبار فقط التغير في الارتفاع.
الوضع أكثر تعقيدًا مع الغازات. الغازات شديدة الانضغاط. وكلما زاد ضغط الغاز ، زادت كثافته ، وزاد الضغط الذي ينتجه. بعد كل شيء ، يتم إنشاء ضغط الغاز من تأثير جزيئاته على سطح الجسم.
يتم ضغط طبقات الهواء بالقرب من سطح الأرض بواسطة جميع طبقات الهواء فوقها. ولكن كلما ارتفعت طبقة الهواء من السطح ، كلما كان ضغطها أضعف ، قلت كثافتها. وبالتالي ، كلما قل الضغط الذي ينتجه. إذا ، على سبيل المثال ، بالونيرتفع فوق سطح الأرض ، ثم يقل ضغط الهواء على الكرة. يحدث هذا ليس فقط بسبب انخفاض ارتفاع عمود الهواء فوقه ، ولكن أيضًا بسبب انخفاض كثافة الهواء. إنه أصغر في الأعلى منه في الأسفل. لذلك ، فإن اعتماد ضغط الهواء على الارتفاع أكثر تعقيدًا من اعتماد السوائل.
تظهر الملاحظات أن الضغط الجوي في المناطق الواقعة على مستوى سطح البحر يبلغ في المتوسط 760 ملم زئبق. فن.
الضغط الجوي الذي يساوي ضغط عمود الزئبق بارتفاع 760 مم عند درجة حرارة 0 درجة مئوية يسمى الضغط الجوي العادي..
الضغط الجوي العادييساوي 101300 باسكال = 1013 هيكتوباسكال.
كلما زاد الارتفاع ، انخفض الضغط.
مع الارتفاعات الصغيرة ، في المتوسط ، لكل 12 متر ارتفاع ، ينخفض الضغط بمقدار 1 ملم زئبق. فن. (أو 1.33 هكتو باسكال).
من خلال معرفة اعتماد الضغط على الارتفاع ، من الممكن تحديد الارتفاع فوق مستوى سطح البحر عن طريق تغيير قراءات البارومتر. تسمى Aneroids التي لها مقياس يمكنك من خلاله قياس الارتفاع فوق مستوى سطح البحر مباشرة أجهزة قياس الارتفاع . يتم استخدامها في الطيران وعند تسلق الجبال.
أجهزة قياس الضغط.
نحن نعلم بالفعل أن البارومترات تستخدم لقياس الضغط الجوي. لقياس الضغوط الأكبر أو الأقل من الضغط الجوي ، يتم استخدام أجهزة قياس الضغط (من اليونانية. مانوس- نادرة وغير واضحة ميتريو- معيار). مقاييس الضغط سائلو فلز.
|
|
ضع في اعتبارك أولاً الجهاز والعمل فتح مقياس السائل. يتكون من أنبوب زجاجي ذو أرجل يُسكب فيه بعض السوائل. يتم تثبيت السائل في كلتا الركبتين على نفس المستوى ، حيث يعمل الضغط الجوي فقط على سطحه في ركبتي الوعاء.
لفهم كيفية عمل مقياس الضغط هذا ، يمكن توصيله بأنبوب مطاطي بصندوق مسطح دائري ، أحد جوانبه مغطى بغشاء مطاطي. إذا ضغطت بإصبعك على الفيلم ، فسوف ينخفض مستوى السائل في الركبة المتصلة بجهاز قياس الضغط في الصندوق ، وسيزداد مستوى السائل في الركبة الأخرى. ما الذي يفسر هذا؟
يؤدي الضغط على الفيلم إلى زيادة ضغط الهواء في الصندوق. وفقًا لقانون باسكال ، يتم نقل هذه الزيادة في الضغط إلى السائل الموجود في ركبة مقياس الضغط تلك ، والتي يتم توصيلها بالصندوق. لذلك ، فإن الضغط على السائل في هذه الركبة سيكون أكبر منه في الركبة الأخرى ، حيث يعمل الضغط الجوي فقط على السائل. تحت تأثير هذا الضغط الزائد ، سيبدأ السائل في التحرك. في الركبة مع الهواء المضغوط ، يسقط السائل ، وفي الأخرى سيرتفع. سيصل السائل إلى حالة توازن (توقف) عندما يتم موازنة الضغط الزائد للهواء المضغوط بالضغط الذي ينتجه عمود السائل الزائد في الجزء الآخر من مقياس الضغط.
كلما زاد الضغط على الفيلم ، كلما زاد عمود السائل الزائد ، زاد ضغطه. لذلك، يمكن الحكم على التغيير في الضغط من خلال ارتفاع هذا العمود الزائد.
يوضح الشكل كيف يمكن لمقياس الضغط هذا قياس الضغط داخل السائل. كلما كان الأنبوب مغمورًا بشكل أعمق في السائل ، زاد الاختلاف في ارتفاعات الأعمدة السائلة في ركبتي مقياس ضغط الدم.، لذلك ، و ينتج السائل المزيد من الضغط.
إذا قمت بتثبيت صندوق الجهاز على عمق ما داخل السائل وقلبته بفيلم لأعلى ولأسفل ولأعلى ، فلن تتغير قراءات مقياس الضغط. هذه هي الطريقة التي يجب أن تكون عليها ، لأن عند نفس المستوى داخل السائل ، يكون الضغط هو نفسه في جميع الاتجاهات.
تظهر الصورة مقياس ضغط معدني . الجزء الرئيسي لمقياس الضغط هذا هو أنبوب معدني منحني في أنبوب 1 ، أحد طرفيه مغلق. الطرف الآخر من الأنبوب بنقرة واحدة 4 يتواصل مع الوعاء الذي يقاس فيه الضغط. مع زيادة الضغط ، ينثني الأنبوب. حركة نهايتها المغلقة برافعة 5 والتروس 3 مرت إلى مطلق النار 2 تتحرك حول مقياس الأداة. عندما ينخفض الضغط ، يعود الأنبوب ، بسبب مرونته ، إلى موضعه السابق ، ويعود السهم إلى تقسيم المقياس الصفري.
مضخة السائل المكبس.
في التجربة التي درسناها سابقًا (الفقرة 40) ، وجد أن الماء في أنبوب زجاجي ، تحت تأثير الضغط الجوي ، ارتفع خلف المكبس. يستند هذا الإجراء مكبسمضخات.
تظهر المضخة بشكل تخطيطي في الشكل. يتكون من اسطوانة ، بداخلها ترتفع وتنخفض ، تلتصق بإحكام بجدران الوعاء ، المكبس 1 . يتم تثبيت الصمامات في الجزء السفلي من الاسطوانة وفي المكبس نفسه. 2 فتح فقط لأعلى. عندما يتحرك المكبس لأعلى ، يدخل الماء الأنبوب تحت تأثير الضغط الجوي ، ويرفع الصمام السفلي ويتحرك خلف المكبس.
عندما يتحرك المكبس لأسفل ، يضغط الماء الموجود أسفل المكبس على الصمام السفلي وينغلق. في نفس الوقت ، تحت ضغط الماء ، ينفتح صمام داخل المكبس ويتدفق الماء إلى الفضاء فوق المكبس. مع الحركة التالية للمكبس لأعلى ، يرتفع الماء فوقه أيضًا في المكان الذي يصب فيه في أنبوب المخرج. في الوقت نفسه ، يرتفع جزء جديد من الماء خلف المكبس ، والذي عندما يتم خفض المكبس لاحقًا ، سيكون فوقه ، ويتكرر هذا الإجراء بأكمله مرارًا وتكرارًا أثناء تشغيل المضخة.
الضغط الهيدروليكي.
يسمح لك قانون باسكال بشرح الإجراء آلة هيدروليكية (من اليونانية. هيدروليك- ماء). هذه آلات يعتمد عملها على قوانين الحركة وتوازن السوائل.
الجزء الرئيسي للآلة الهيدروليكية عبارة عن أسطوانتين بأقطار مختلفة ، ومجهزة بمكابس وأنبوب توصيل. تمتلئ المساحة الموجودة أسفل المكابس والأنبوب بسائل (عادة زيت معدني). ارتفاعات الأعمدة السائلة في كلا الأسطوانتين هي نفسها طالما لا توجد قوى مؤثرة على المكابس.
دعونا نفترض الآن أن القوات F 1 و F 2 - القوى المؤثرة على المكابس ، س 1 و س 2- مناطق المكابس. الضغط تحت المكبس الأول (الصغير) هو ص 1 = F 1 / س 1 ، وتحت الثانية (كبيرة) ص 2 = F 2 / س 2. وفقًا لقانون باسكال ، ينتقل ضغط السائل أثناء الراحة بالتساوي في جميع الاتجاهات ، أي ص 1 = ص 2 أو F 1 / س 1 = F 2 / س 2 ، من حيث:
F 2 / F 1 = س 2 / س 1 .
لذلك ، القوة F 2 الكثير من القوة F 1 , كم مرة تكون مساحة المكبس الكبير أكبر من مساحة المكبس الصغير؟. على سبيل المثال ، إذا كانت مساحة المكبس الكبير 500 سم 2 ، والصغير 5 سم 2 ، وتأثير قوة مقدارها 100 نيوتن على المكبس الصغير ، فعندئذ ستؤثر قوة أكبر 100 مرة على المكبس الصغير. أكبر مكبس ، أي 10000 نيوتن.
وبالتالي ، بمساعدة آلة هيدروليكية ، من الممكن موازنة قوة كبيرة بقوة صغيرة.
سلوك F 1 / F 2 يظهر زيادة القوة. على سبيل المثال ، في المثال أعلاه ، المكسب في القوة هو 10000 نيوتن / 100 نيوتن = 100.
الآلة الهيدروليكية المستخدمة للضغط (الضغط) تسمى الضغط الهيدروليكي .
تستخدم المكابس الهيدروليكية في الأماكن التي تتطلب قدرًا كبيرًا من الطاقة. على سبيل المثال ، لعصر الزيت من البذور في مصانع الزيت ، للضغط على الخشب الرقائقي ، والكرتون ، والتبن. في أعمال الحديد والصلب ، يتم استخدام مكابس هيدروليكية لتصنيع أعمدة ماكينات الصلب وعجلات السكك الحديدية والعديد من المنتجات الأخرى. يمكن للمكابس الهيدروليكية الحديثة تطوير قوة عشرات ومئات الملايين من النيوتن.
يظهر جهاز الضغط الهيدروليكي بشكل تخطيطي في الشكل. يوضع الجسم المراد ضغطه 1 (أ) على منصة متصلة بمكبس كبير 2 (ب). ينشئ المكبس الصغير 3 (D) ضغطًا كبيرًا على السائل. ينتقل هذا الضغط إلى كل نقطة من السائل الذي يملأ الأسطوانات. لذلك ، يعمل نفس الضغط على المكبس الثاني الكبير. ولكن بما أن مساحة المكبس الثاني (الكبير) أكبر من مساحة المكبس الصغير ، فإن القوة المؤثرة عليه ستكون أكبر من القوة المؤثرة على المكبس 3 (د). تحت هذه القوة سيرتفع المكبس 2 (ب). عندما يرتفع المكبس 2 (ب) ، يستقر الجسم (أ) على المنصة العلوية الثابتة ويتم ضغطه. مقياس الضغط 4 (م) يقيس ضغط السائل. يفتح صمام الأمان 5 (P) تلقائيًا عندما يتجاوز ضغط السائل القيمة المسموح بها.
من اسطوانة صغيرة إلى سائل كبير يتم ضخه بواسطة حركات متكررة للمكبس الصغير 3 (د). ويتم ذلك بالطريقة التالية. عندما يرفع المكبس الصغير (D) ، يفتح الصمام 6 (K) ويمتص السائل في الفراغ الموجود أسفل المكبس. عندما يتم خفض المكبس الصغير تحت تأثير ضغط السائل ، يغلق الصمام 6 (K) ويفتح الصمام 7 (K ") ويمر السائل إلى وعاء كبير.
تأثير الماء والغاز على جسم مغمور فيها.
تحت الماء ، يمكننا بسهولة رفع الحجر الذي يصعب رفعه في الهواء. إذا غمرت الفلين تحت الماء وحررته من يديك ، فسوف يطفو. كيف يمكن تفسير هذه الظواهر؟
نعلم (الفقرة 38) أن السائل يضغط على قاع الإناء وجدرانه. وإذا وضع جسم صلب داخل السائل ، فإنه سيتعرض أيضًا للضغط ، مثل جدران الوعاء.
ضع في اعتبارك القوى التي تعمل من جانب السائل على الجسم المغمور فيه. لتسهيل التفكير ، نختار جسمًا له شكل متوازي السطوح مع قواعد موازية لسطح السائل (الشكل). القوى المؤثرة على الوجوه الجانبية للجسم متساوية في أزواج وتوازن بعضها البعض. تحت تأثير هذه القوى ، يتم ضغط الجسم. لكن القوى المؤثرة على الوجوه العلوية والسفلية من الجسم ليست هي نفسها. على الوجه العلوي يضغط من أعلى بقوة Fعمود واحد من السائل طويل القامة حواحد . في مستوى الوجه السفلي ينتج الضغط عمود سائل بارتفاع ح 2. هذا الضغط كما نعلم (§ 37) ينتقل داخل السائل في جميع الاتجاهات. لذلك ، على الجزء السفلي من الجسم بقوة من أسفل إلى أعلى F 2 يضغط عمود السائل عاليًا ح 2. لكن ح 2 أكثر ح 1 ، ومن هنا معامل القوة F 2 المزيد من وحدات الطاقة Fواحد . لذلك ، يُطرد الجسم من السائل بقوة Fفيت ، يساوي فرق القوى F 2 - F 1 ، أي
|
|
لكن S · h = V ، حيث V هو حجم خط الموازي ، و ρ W · V = m W هي كتلة السائل في حجم خط الموازي. لذلك، F vyt \ u003d g m جيد \ u003d P جيدًا ، بمعنى آخر. قوة الطفو تساوي وزن السائل في حجم الجسم المغمور فيه(قوة الطفو تساوي وزن سائل من نفس الحجم مثل حجم الجسم المغمور فيه). من السهل اكتشاف وجود قوة تدفع الجسم خارج السائل تجريبيًا. على الصورة أيظهر جسم معلق من زنبرك بمؤشر سهم في نهايته. يشير السهم إلى شد الزنبرك على الحامل ثلاثي القوائم. عندما يتم إطلاق الجسم في الماء ، يتقلص الربيع (الشكل. ب). سيتم الحصول على تقلص الزنبرك نفسه إذا تحركت على الجسم من الأسفل إلى الأعلى ببعض القوة ، على سبيل المثال ، اضغط عليه بيدك (ارفعه). لذلك تؤكد التجربة ذلك قوة تؤثر على الجسم في سائل تدفع الجسم إلى خارج السائل. بالنسبة للغازات ، كما نعلم ، ينطبق قانون باسكال أيضًا. لذا تتعرض الأجسام الموجودة في الغاز لقوة تدفعها للخروج من الغاز. تحت تأثير هذه القوة ، ترتفع البالونات. يمكن أيضًا ملاحظة وجود قوة تدفع الجسم خارج الغاز بشكل تجريبي. نقوم بتعليق كرة زجاجية أو قارورة كبيرة مغلقة بفلين إلى مقلاة تقصير الحجم. الموازين متوازنة. ثم يتم وضع وعاء عريض أسفل القارورة (أو الكرة) بحيث يحيط بالقارورة بأكملها. تمتلئ الوعاء بثاني أكسيد الكربون ، وكثافته أكبر من كثافة الهواء (لذلك نشبعينزل ويملأ الإناء ويزيل الهواء منه). في هذه الحالة ، يكون ميزان الميزان مضطربًا. يرتفع كوب به دورق معلق (الشكل). تتعرض القارورة المغمورة في ثاني أكسيد الكربون لقوة طفو أكبر من تلك التي تعمل عليه في الهواء. القوة التي تدفع الجسم خارج السائل أو الغاز موجهة عكس قوة الجاذبية المطبقة على هذا الجسم. لذلك ، برولكوزموس). وهذا ما يفسر لماذا نرفع في الماء بسهولة أحيانًا أجسادًا يصعب علينا الاحتفاظ بها في الهواء. دلو صغير وجسم أسطواني معلقان من الزنبرك (الشكل أ). يشير السهم الموجود على الحامل ثلاثي القوائم إلى امتداد الزنبرك. يظهر وزن الجسم في الهواء. بعد رفع الجسم ، يتم وضع وعاء تصريف تحته ، مملوء بالسائل إلى مستوى أنبوب التصريف. بعد ذلك ، ينغمس الجسم تمامًا في السائل (الشكل ، ب). حيث يتم سكب جزء من السائل ، حجمه يساوي حجم الجسممن وعاء صب في كوب. ينقبض الربيع ويرتفع مؤشر الربيع ليشير إلى انخفاض وزن الجسم في السائل. في هذه الحالة ، بالإضافة إلى قوة الجاذبية ، هناك قوة أخرى تؤثر على الجسم وتدفعه خارج السائل. إذا تم سكب السائل من الزجاج في الدلو العلوي (أي الذي أزاحه الجسم) ، فسيعود مؤشر الزنبرك إلى موضعه الأولي (الشكل ، ج).
بناءً على هذه التجربة ، يمكن استنتاج أن القوة التي تدفع جسمًا مغمورًا تمامًا في سائل تساوي وزن السائل في حجم هذا الجسم . لقد توصلنا إلى نفس الاستنتاج في الفقرة 48. إذا تم إجراء تجربة مماثلة على جسم مغمور في بعض الغازات ، فستظهر ذلك القوة التي تدفع الجسم خارج الغاز تساوي أيضًا وزن الغاز المأخوذ في حجم الجسم . تسمى القوة التي تدفع الجسم خارج السائل أو الغاز قوة أرخميدستكريما للعالم أرخميدس من أشار أولاً إلى وجودها وحسب أهميتها. لذلك ، أكدت التجربة أن قوة أرخميدس (أو قوة الطفو) تساوي وزن السائل في حجم الجسم ، أي Fأ = صو = ز منحن سوف. يمكن التعبير عن كتلة السائل m f ، التي أزاحها الجسم ، من حيث كثافتها ρ w وحجم الجسم V t المغمور في السائل (نظرًا لأن V l - حجم السائل الذي أزاحه الجسم يساوي V t - حجم الجسم المغمور في السائل) ، أي m W = ρ W V t ثم نحصل على: Fأ = ز ρ F · الخامسر لذلك ، تعتمد قوة أرخميدس على كثافة السائل الذي يغمر فيه الجسم ، وعلى حجم هذا الجسم. لكنها لا تعتمد ، على سبيل المثال ، على كثافة مادة جسم مغمور في سائل ، حيث لا يتم تضمين هذه الكمية في الصيغة الناتجة. دعونا الآن نحدد وزن جسم مغمور في سائل (أو غاز). نظرًا لأن القوتين المؤثرين على الجسم في هذه الحالة موجهتان في اتجاهين متعاكسين (الجاذبية لأسفل ، وقوة أرخميدس لأعلى) ، فإن وزن الجسم في السائل P 1 سيكون أقل من وزن الجسم في الفراغ P = ز ملقوة أرخميدس Fأ = ز مث (أين م w هي كتلة السائل أو الغاز التي يزيحها الجسم). هكذا، إذا غُمر الجسم في سائل أو غاز ، فإنه يفقد وزنه بقدر وزن السائل أو الغاز الذي ينزحه.. مثال. أوجد قوة الطفو المؤثرة على حجر حجمه 1.6 م 3 في ماء البحر. دعنا نكتب حالة المشكلة ونحلها. عندما يصل الجسم العائم إلى سطح السائل ، ثم مع مزيد من الحركة الصعودية ، ستنخفض قوة أرخميدس. لماذا ا؟ ولكن لأن حجم جزء الجسم المغمور في السائل سينخفض ، وقوة أرخميدس تساوي وزن السائل في حجم جزء الجسم المغمور فيه. عندما تصبح قوة أرخميدس مساوية لقوة الجاذبية ، سيتوقف الجسم ويطفو على سطح السائل ، مغمورًا جزئيًا فيه. الاستنتاج الناتج سهل التحقق تجريبيا. صب الماء في وعاء الصرف حتى مستوى أنبوب الصرف. بعد ذلك ، دعونا نغمر الجسم العائم في الوعاء ، بعد أن قمنا بوزنه في الهواء من قبل. بعد النزول إلى الماء ، يزيح الجسم كمية من الماء مساوية لحجم جزء الجسم المغمور فيه. بعد وزن هذا الماء ، نجد أن وزنه (قوة أرخميدس) يساوي قوة الجاذبية المؤثرة على جسم عائم ، أو وزن هذا الجسم في الهواء. بعد إجراء التجارب نفسها مع أي أجسام أخرى تطفو في سوائل مختلفة - في الماء والكحول ومحلول الملح ، يمكنك التأكد من ذلك إذا طاف الجسم في سائل ، فإن وزن السائل المزاح به يساوي وزن هذا الجسم في الهواء.. من السهل إثبات ذلك إذا كانت كثافة المادة الصلبة أكبر من كثافة السائل ، فإن الجسم يغرق في مثل هذا السائل. جسم ذو كثافة منخفضة يطفو في هذا السائل. قطعة من الحديد ، على سبيل المثال ، تغرق في الماء لكنها تطفو في الزئبق. من ناحية أخرى ، يبقى الجسم ، الذي تساوي كثافته كثافة السائل ، في حالة توازن داخل السائل. يطفو الجليد على سطح الماء لأن كثافته أقل من كثافة الماء. كيف كثافة أقلمقارنةً بكثافة السائل ، فإن الجزء الأصغر من الجسم مغمور في السائل . مع كثافات متساوية للجسم والسائل ، يطفو الجسم داخل السائل عند أي عمق. يوجد سائلين غير قابلين للامتزاج ، على سبيل المثال الماء والكيروسين ، في وعاء وفقًا لكثافتهما: في الجزء السفلي من الوعاء - ماء أكثر كثافة (ρ = 1000 كجم / م 3) ، في الأعلى - كيروسين أخف (ρ = 800 كجم / م 3). متوسط كثافة الكائنات الحية التي تسكنها البيئة المائية، تختلف قليلاً عن كثافة الماء ، لذا فإن وزنها يكاد يكون متوازنًا تمامًا بواسطة قوة أرخميدس. بفضل هذا ، لا تحتاج الحيوانات المائية إلى هياكل عظمية قوية وهائلة مثل تلك الأرضية. للسبب نفسه ، جذوع النباتات المائية مرنة. تغير مثانة السباحة للأسماك حجمها بسهولة. عندما تنزل السمكة إلى عمق كبير بمساعدة العضلات ، ويزداد ضغط الماء عليها ، تنقبض الفقاعة ، ويقل حجم جسم السمكة ، ولا تندفع للأعلى ، بل تسبح في الأعماق. وبالتالي ، يمكن للأسماك ، ضمن حدود معينة ، تنظيم عمق الغوص. تنظم الحيتان عمق غوصها من خلال تقليص سعة الرئة وتوسيعها. السفن الشراعية.السفن العائمة على الأنهار والبحيرات والبحار والمحيطات مبنية من مواد مختلفة بكثافات مختلفة. عادة ما يكون هيكل السفن مصنوعًا من صفائح فولاذية. جميع السحابات الداخلية التي تمنح السفن القوة مصنوعة أيضًا من المعادن. لبناء السفن ، يتم استخدام مواد مختلفة ، والتي ، مقارنة بالمياه ، ذات كثافة أعلى وأقل. كيف تطفو السفن وتحمل على متنها وتحمل حمولات كبيرة؟ أظهرت تجربة مع جسم عائم (الفقرة 50) أن الجسم يزيح الكثير من الماء بجزءه الموجود تحت الماء بحيث يكون وزن هذا الماء مساويًا لوزن الجسم في الهواء. هذا صحيح أيضًا لأي سفينة. وزن الماء الذي ينزحه الجزء الموجود تحت الماء من السفينة يساوي وزن السفينة مع حمولة في الهواء أو قوة الجاذبية المؤثرة على السفينة التي تحمل حمولة. يسمى العمق الذي تغمر به السفينة في الماء مشروع . تم وضع علامة على أعمق غاطس مسموح به على بدن السفينة بخط أحمر يسمى خط الماء (من الهولندية. ماء- ماء). وزن الماء الذي أزاحته السفينة عند غمرها في خط الماء ، متساوية في القوةتسمى الجاذبية التي تعمل على سفينة تحمل حمولة إزاحة السفينة. في الوقت الحاضر ، يتم بناء السفن التي يبلغ إزاحتها 5.000.000 كيلو نيوتن (5 10 6 كيلو نيوتن) وأكثر لنقل النفط ، أي بوزن 500.000 طن (5 10 5 طن) وأكثر مع الحمولة. إذا طرحنا وزن السفينة نفسها من الإزاحة ، فسنحصل على قدرة تحمل هذه السفينة. تظهر القدرة الاستيعابية وزن الحمولة التي تحملها السفينة. بناء السفن موجود منذ ذلك الحين مصر القديمة، في فينيقيا (يُعتقد أن الفينيقيين كانوا من أفضل بناة السفن) ، الصين القديمة. في روسيا ، نشأ بناء السفن في مطلع القرنين السابع عشر والثامن عشر. تم بناء السفن الحربية بشكل أساسي ، ولكن في روسيا كانت أول كاسحة جليد ، سفن بمحرك احتراق داخلي ، كاسحة الجليد النووية"القطب الشمالي". علم الطيران.
رسم يصف منطاد الأخوين مونتغولفييه عام 1783: "عرض وأبعاد بالون الكرة الأرضية التي كانت الأولى". 1786 منذ العصور القديمة ، كان الناس يحلمون بالقدرة على الطيران فوق السحب ، والسباحة في محيط الهواء ، وهم يبحرون في البحر. للملاحة الجوية في البداية ، تم استخدام البالونات ، والتي كانت مملوءة إما بالهواء الساخن أو بالهيدروجين أو الهيليوم. من أجل أن يرتفع بالون في الهواء ، من الضروري أن قوة أرخميدس (الطفو) Fكان التأثير على الكرة أكثر من الجاذبية Fثقيل ، أي Fأ> Fثقيل مع ارتفاع الكرة ، تقل قوة أرخميدس المؤثرة عليها ( Fأ = gρV) ، لأن كثافة الغلاف الجوي العلوي أقل من كثافة سطح الأرض. للارتفاع إلى أعلى ، يتم إسقاط ثقل خاص (وزن) من الكرة وهذا يخفف الكرة. في النهاية تصل الكرة إلى أقصى ارتفاع لها. لخفض الكرة ، يتم إطلاق جزء من الغاز من غلافها باستخدام صمام خاص. في الاتجاه الأفقي ، يتحرك البالون فقط تحت تأثير الرياح ، لذلك يطلق عليه بالون (من اليونانية هواء- هواء، ستاتو- واقفا). منذ وقت ليس ببعيد ، تم استخدام بالونات ضخمة لدراسة الطبقات العليا من الغلاف الجوي ، الستراتوسفير - ستراتوستاتس . قبل أن يتعلموا كيف يصنعون طائرات كبيرة لنقل الركاب والبضائع جواً ، تم استخدام بالونات محكومة - المناطيد. لديهم شكل ممدود ، يتم تعليق جندول بمحرك أسفل الجسم ، والذي يحرك المروحة. لا يرتفع البالون من تلقاء نفسه فحسب ، بل يمكنه أيضًا رفع بعض البضائع: مقصورة ، أشخاص ، أدوات. لذلك ، من أجل معرفة نوع الحمل الذي يمكن أن يرفعه البالون ، من الضروري تحديده. قوة الرفع. لنفترض ، على سبيل المثال ، إطلاق منطاد بحجم 40 م 3 مملوء بالهيليوم في الهواء. ستكون كتلة الهليوم التي تملأ غلاف الكرة مساوية لـ: هذا يعني أن هذه الكرة يمكن أن ترفع حمولة تزن 520 نيوتن - 71 نيوتن = 449 نيوتن. هذه هي قوة الرفع الخاصة بها. يمكن لبالون من نفس الحجم ، ولكنه مملوء بالهيدروجين ، أن يرفع حمولة قدرها 479 نيوتن. وهذا يعني أن قوة الرفع الخاصة به أكبر من قوة البالون المملوء بالهيليوم. لكن مع ذلك ، يتم استخدام الهيليوم في كثير من الأحيان ، لأنه لا يحترق وبالتالي فهو أكثر أمانًا. الهيدروجين غاز قابل للاشتعال. من الأسهل بكثير رفع وخفض بالون مملوء بالهواء الساخن. لهذا الغرض ، يوجد الموقد أسفل الفتحة الموجودة في الجزء السفلي من الكرة. باستخدام موقد غاز ، يمكنك التحكم في درجة حرارة الهواء داخل الكرة ، ومن ثم كثافتها وقابليتها للطفو. لكي ترتفع الكرة إلى أعلى ، يكفي تسخين الهواء فيها بقوة أكبر ، مما يزيد من شعلة الموقد. عندما تقل شعلة الموقد ، تنخفض درجة حرارة الهواء في الكرة وتنخفض الكرة. من الممكن اختيار درجة حرارة الكرة التي يكون فيها وزن الكرة والمقصورة مساوياً لقوة الطفو. ثم ستتدلى الكرة في الهواء ، وسيكون من السهل عمل ملاحظات منها. مع تطور العلم ، كانت هناك أيضًا تغييرات كبيرة في تكنولوجيا الطيران. أصبح من الممكن استخدام قذائف جديدة للبالونات ، والتي أصبحت متينة ومقاومة للصقيع وخفيفة. جعلت الإنجازات في مجال هندسة الراديو والإلكترونيات والأتمتة من الممكن تصميم بالونات بدون طيار. تستخدم هذه البالونات لدراسة التيارات الهوائية ، لأغراض البحث الجغرافي والطب الحيوي في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي. لماذا لا يسقط الشخص الذي يقف على زلاجة في ثلوج سائبة؟ لماذا تكون السيارة ذات الإطارات العريضة أكثر تعويمًا من السيارة ذات الإطارات العادية؟ لماذا يحتاج الجرار اليسروع؟ سنكتشف إجابة هذه الأسئلة من خلال التعرف على الكمية المادية التي تسمى الضغط. ضغط الجسم الصلب
عندما لا يتم تطبيق قوة على نقطة واحدة من الجسم ، ولكن على العديد من النقاط ، فإنها تعمل على سطح الجسم. في هذه الحالة ، يتحدث المرء عن الضغط الذي تخلقه هذه القوة على سطح الجسم الصلب. في الفيزياء ، الضغط هو كمية فيزيائية ، عدديًا يساوي النسبةالقوة المؤثرة على سطح عمودي عليها ، على مساحة هذا السطح. ع = F / S. , أين ص - الضغط؛ F - القوة المؤثرة على السطح ؛ س - مساحة السطح. لذلك ، يحدث الضغط عندما تعمل قوة على سطح عمودي عليها. يعتمد حجم الضغط على حجم هذه القوة ويتناسب طرديًا معها. كلما زادت القوة ، زاد الضغط الذي تخلقه لكل وحدة مساحة. الفيل أثقل من النمر لذلك يمارس ضغطًا أكبر على السطح. تدفع السيارة عكس الطريق بقوة أكبر من قوة المشاة. يتناسب ضغط الجسم الصلب عكسًا مع مساحة السطح التي تعمل عليها القوة. يعلم الجميع أن المشي في الثلوج العميقة أمر صعب بسبب حقيقة أن الساقين تسقط باستمرار. لكن التزلج سهل للغاية. الشيء هو أنه في كلتا الحالتين يعمل الشخص على الثلج بنفس القوة - قوة الجاذبية. لكن هذه القوة تتوزع على الأسطح بمساحات مختلفة. نظرًا لأن مساحة سطح الزلاجات أكبر من مساحة نعل الحذاء ، فإن وزن الشخص في هذه الحالة يتوزع على مساحة أكبر. والقوة المؤثرة لكل وحدة مساحة أصغر عدة مرات. لذلك ، فإن الشخص الذي يقف على الزلاجات يضع ضغطًا أقل على الثلج ولا يسقط فيه. عن طريق تغيير مساحة السطح ، يمكنك زيادة أو تقليل مقدار الضغط. عند الذهاب في نزهة ، نختار حقيبة ظهر بأشرطة عريضة لتقليل الضغط على الكتف. لتقليل ضغط المبنى على الأرض ، قم بزيادة مساحة الأساس. تصنع إطارات الشاحنات أعرض من إطارات سيارات الركاب ، لذا فهي تمارس ضغطًا أقل على الأرض. لنفس السبب ، يتم صنع الجرار أو الخزان على سكة وليس على عجلات. يتم شحذ السكاكين والشفرات والمقصات والإبر بشكل حاد بحيث يكون لديهم أصغر مساحة ممكنة لجزء القطع أو الثقب. وبعد ذلك ، حتى بمساعدة قوة مطبقة صغيرة ، يتم إنشاء الكثير من الضغط. لنفس السبب ، قدمت الطبيعة للحيوانات أسنانًا وأنيابًا ومخالب حادة. الضغط هو كمية قياسية. في المواد الصلبةينتقل في اتجاه القوة. وحدة القوة نيوتن. وحدة المساحة م 2. لذلك ، فإن وحدة الضغط هي N / m 2. تسمى هذه القيمة في النظام الدولي للوحدات SI باسكال (باسكال أو رع). حصلت على اسمها تكريما للفيزيائي الفرنسي بليز باسكال. يتسبب ضغط مقداره 1 باسكال في إحداث قوة مقدارها 1 نيوتن على سطح 1 م 2. 1 باسكال = 1 نيوتن / م 2 . تستخدم الأنظمة الأخرى وحدات مثل البار ، الغلاف الجوي ، مم زئبق. فن. (ملليمترات من الزئبق) ، إلخ. الضغط في السوائلإذا كان ضغط الجسم الصلب ينتقل في اتجاه القوة ، ثم في السوائل والغازات ، وفقًا لقانون باسكال ، " أي ضغط يمارس على سائل أو غاز ينتقل في جميع الاتجاهات دون تغيير ». دعونا نملأ كرة بثقوب صغيرة متصلة بأنبوب ضيق على شكل اسطوانة بالسائل. دعونا نملأ الكرة بالسائل ، وأدخل المكبس في الأنبوب ونبدأ في تحريكه. يضغط المكبس على سطح السائل. ينتقل هذا الضغط إلى كل نقطة من السائل. يبدأ السائل في التدفق من الثقوب الموجودة في الكرة. ملء البالون بالدخان ، سنرى نفس النتيجة. هذا يعني أن ضغط الغازات ينتقل أيضًا في جميع الاتجاهات. تؤثر قوة الجاذبية على السائل ، كما تؤثر على أي جسم على سطح الأرض. كل طبقة من السائل في الحاوية تخلق ضغطًا بوزنها. هذا ما تؤكده التجربة التالية.
إذا تم سكب الماء في وعاء زجاجي ، بدلاً من قاعه يحتوي على فيلم مطاطي ، فإن الفيلم سوف ينخفض تحت وزن الماء. وكلما زاد الماء ، زاد ثني الفيلم. إذا غمرنا هذا الوعاء بالماء تدريجيًا في وعاء آخر مملوء بالماء أيضًا ، فعندما يغرق ، يتم تقويم الفيلم. وعندما تكون مستويات الماء في الوعاء والحاوية متساوية ، يتم تقويم الفيلم تمامًا.
عند نفس المستوى ، يكون الضغط في السائل هو نفسه. لكن مع زيادة العمق ، يزداد ، لأن جزيئات الطبقات العليا تمارس ضغطًا على جزيئات الطبقات السفلية. وهؤلاء ، بدورهم ، يضغطون على جزيئات الطبقات الموجودة في الأسفل. لذلك ، عند أدنى نقطة في الخزان ، سيكون الضغط هو الأعلى. يتم تحديد الضغط في العمق بواسطة الصيغة: ع = ρ ز ح , أين ص - الضغط (باسكال) ؛ ρ - كثافة السائل (كجم / م 3) ؛ ز - تسارع السقوط الحر (9.81 م / ث) ؛ ح - ارتفاع عمود السائل (م). يمكن أن نرى من الصيغة أن الضغط يزداد مع العمق. يذهب انخفاض المحيط غاطسةكلما زاد الضغط الذي سيواجهه. الضغط الجوي
إيفانجليستا توريشيلي من يدري ، إذا لم يقرر دوق توسكانا في عام 1638 تزيين حدائق فلورنسا بنوافير جميلة ، فلن يتم اكتشاف الضغط الجوي في القرن السابع عشر ، ولكن بعد ذلك بوقت طويل. يمكننا القول أن هذا الاكتشاف تم بالصدفة. في تلك الأيام ، كان يعتقد أن الماء سيرتفع خلف مكبس المضخة ، لأنه ، كما قال أرسطو ، "الطبيعة لا تتسامح مع الفراغ". ومع ذلك ، لم يكن الحدث ناجحًا. وارتفعت المياه في النوافير بالفعل ، وملأت "الفراغ" الناتج ، لكنها توقفت عند ارتفاع 10.3 م. لجأوا إلى جاليليو جاليلي طلبًا للمساعدة. نظرًا لأنه لم يتمكن من العثور على تفسير منطقي ، فقد أوعز لطلابه - إيفانجليستا توريشيليو فينسينزو فيفيانياجراء تجارب. في محاولة لمعرفة سبب الفشل ، اكتشف طلاب Galileo أن سوائل مختلفة ترتفع خلف المضخة إلى ارتفاعات مختلفة. كلما زاد كثافة السائل ، انخفض ارتفاعه. نظرًا لأن كثافة الزئبق تبلغ 13 ضعف كثافة الماء ، فيمكن أن ترتفع إلى ارتفاع أقل 13 مرة. لذلك ، استخدموا الزئبق في تجربتهم.
في عام 1644 تم إجراء التجربة. امتلأ الأنبوب الزجاجي بالزئبق. ثم ألقيت في وعاء مليء بالزئبق. بعد مرور بعض الوقت ، ارتفع عمود الزئبق في الأنبوب. لكنه لم يملأ الأنبوب بالكامل. كانت هناك مساحة فارغة فوق عمود الزئبق. وقد أطلق عليه فيما بعد "الفراغ التوريسيلي". لكن الزئبق لم ينسكب من الأنبوب في الحاوية أيضًا. أوضح توريشيلي ذلك من خلال حقيقة أن الهواء الجوي يضغط على الزئبق ويبقيه في الأنبوب. ويوضح ارتفاع عمود الزئبق في الأنبوب حجم هذا الضغط. كانت هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها قياس الضغط الجوي. الغلاف الجوي للأرض هو غلافها الجوي ، وهو مثبت بالقرب منه بفعل الجاذبية. تتحرك جزيئات الغاز التي تتكون منها هذه القشرة بشكل دائم وعشوائي. تحت تأثير الجاذبية ، تضغط الطبقات العليا من الغلاف الجوي على الطبقات السفلية ، وتضغط عليها. الطبقة الدنيا القريبة من سطح الأرض تكون مضغوطة أكثر. لذلك ، فإن الضغط فيه هو الأكبر. وفقًا لقانون باسكال ، فإنه ينقل هذا الضغط في جميع الاتجاهات. يتم اختباره من خلال كل ما هو موجود على سطح الأرض. هذا الضغط يسمى الضغط الجوي . نظرًا لأن الضغط الجوي ينتج عن طبقات الهواء العلوية ، فإنه يتناقص مع زيادة الارتفاع. ومن المعروف أنه في أعالي الجبال يكون أقل مما هو عند سفح الجبال. وعميق تحت الأرض هو أعلى بكثير مما هو عليه على السطح. الضغط الجوي الطبيعي هو الضغط الذي يساوي ضغط عمود من الزئبق بارتفاع 760 ملم عند درجة حرارة 0 درجة مئوية. قياس الضغط الجوي
نظرًا لأن الهواء الجوي له كثافة مختلفة عند ارتفاعات مختلفة ، فلا يمكن تحديد قيمة الضغط الجوي من خلال الصيغةص = ρ · ز · ح . لذلك ، يتم تحديده باستخدام أدوات خاصة تسمى بارومترات . يميز بين بارومتر السائل والمنيرويد (غير السائل). يعتمد تشغيل بارومتر السائل على التغيير في عمود مستوى السائل تحت ضغط الغلاف الجوي. اللاسائلي عبارة عن حاوية محكمة الغلق مصنوعة من المعدن المموج ، يتم إنشاء فراغ بداخلها. تتقلص الحاوية عندما يرتفع الضغط الجوي وتستقيم عند خفضه. تنتقل كل هذه التغييرات إلى السهم عن طريق صفيحة معدنية نابضة. تتحرك نهاية السهم على طول المقياس. من خلال تغيير قراءات البارومتر ، يمكن للمرء أن يفترض كيف سيتغير الطقس في الأيام القادمة. إذا ارتفع الضغط الجوي ، فيمكن توقع طقس صافٍ. وإذا نزل ، سيكون غائما. اقرأ أيضا:
|
