فشار

 

فشار

مقدار نيرويي است كه به طور عمود بر واحد سطح وارد مي شود.

 

عوامل موثر بر فشار:

1) مقدار نيرو:

فشار با نيروي وارده بر سطح رابطه مستقيم دارد يعني هر چه نيرو بيش تر باشد فشار بيش تر است.

يكاي اندازه گيري نيرو، نيوتن (N) بوده و با حرف F نمايش داده مي شود.

 

2) مساحت سطح:

مقدار فشار با مساحت سطح رابطه عكس دارد يعني هر چه سطح بزرگتر باشد، مقدار فشار كم تر است و بر عكس. يكاي اندازه گيري مساحت، سانتي متر مربع (cm²) يا متر مربع (m²) است و با حرف A  نمايش داده مي شود.

 

براي محاسبه فشار از فرمول زير استفاده مي شود:

 

با توجه به فرمول بالا, یکای اندازه گیری فشار عبارتند از:

1) نيوتن بر سانتي متر مربع (N/cm²)= اگر مقدار نيرو برحسب نيوتن و مساحت سطح بر حسب cm²باشد,فشار برحسب (N/cm2) محاسبه مي شود.

2)پاسكال يا نيوتن بر مترمربع (N/m²)= اگر مقدار نيرو بر حسب نيوتن و مساحت سطح بر حسب m² باشد فشار بر حسب N/m² سنجيده مي 0شود.

 

يكاهاي ديگر فشار عبارتند از: اتمسفر (atm)- ميلي متر جيوه (mmHg) – سانتي متر جيوه (CmHg)    بار (bar)

 

مثال: وزن پسري 700 نيوتن است. سطح كف هر دو كفش او 250Cm² است. فشاري كه اين پسر بر سطح زمين وارد مي كند چند پاسكال است؟

 

نكته: براي آنكه سانتي متر مربع را به متر مربع تبديل كنيم فقط كافي است عدد مورد نظر را در ^4- 10 ضرب كنيم.

 

نكته: اگر راستاي نيروي F بر راستاي عمود بر سطح زاويه  Θ(تتا) بسازد،فشار از رابطه اي زير به دست مي آيد.

 

فشار مايعات:

مايع موجود در يك ظرف نيز به خاطر وزن خود بر بدنه ي ظرف فشار وارد مي آورد.

 

فشار مايعات به عوامل زير بستگي دارد:

1- چگالي (جرم حجمي):

فشار با چگالي مايع رابطه ي مستقيم دارد، يعني هر چه چگالي مايع بيش تر باشد فشار آن نيز بيش تر است. جرم واحد حجم از هر جسم را چگالي آن مي نامند.

 

- جرم با نماد m  نمايش داده شده و بايكاي كيلوگرم (kg) و يا گرم (g) اندازه گيري مي شود.

- حجم با نماد V نمايش داده مي شود و با يكاي متر مكعب (m³) و يا سانتي متر مكعب (Cm³) اندازه گيري مي شود.

- چگالي با نماد ρ نمايش داده شده و با يكاي كيلو گرم بر متر مكعب (kg/ m³) ويا گرم بر سانتي متر مكعب (g/ Cm³) اندازه گيري مي شود.

 

چگالي از رابطه ي زير به دست مي آيد:

 

 

توجه: براي آنكه g/Cm³ به kg/m³ و يا برعكس تبدیل کنیم به صورت زير عمل مي كنيم.

 

 

 

2- شتاب جاذبه (g):

فشار درون مايع با نيروي جاذبه اي كه در آن قسمت بر مايع وارد مي شود رابطه ي مستقيم دارد.

 

3- عمق يا ارتفاع مايع (h):

هر چه عمق يا ارتفاع مايع بيشتر باشد فشار آن نيز بيش تر است.

 

رابطه ي فشار در درون مايعات به صورت زير محاسبه مي شود.

ارتفاع×شتاب جاذبه×چگالي=فشار در درون مايعات

P=h.g.p

 

توجه: اگر در بالاي مايع هوا وجود داشته باشد، به سطح آزاد مايع نيرو وارد مي كند در نتيجه فشار حاصل از آن، كه همان فشار هوا است، را نيز بايد در رابطه بالا منظور كنيم اين فشار را فشار كل يا فشار مطلق در عمق h از سطح مايع مي گويند.

P=pgh+p₀

 

نكته1: مقدار فشار آب در هر لوله، فقط به ارتفاع آب بستگي دارد و به مقدار كلي آب در لوله و سطح قاعده ي آن بستگي ندارد.

 

در اين شكل اگر چه شكل لوله ها با يكديگر متفاوت است ولي فشار در ته همه لوله ها يكسان است. اگر فشار آب در يك لوله با لوله هاي ديگر متفاوت بود، آب در لوله ها به حركت در مي آمد تا فشار در همه جا مساوي شود.

 

نكته2: به مايع و گازها كه روان هستند شاره مي گويند. شاره ها در همه جهت ها به طور يكسان فشار وارد مي آورند.

 

شناگران و غواصان وقتي در آب فرو مي روند فشار آب را نه تنها بر پشت بلكه بر سينه خود نيز احساس مي كنند.

 

نكته3: فشاري كه از طرف شاره (مايع و گاز) وارد مي شود عمود بر سطح آن است.

 

نكته4: وقتي نيرويي از خارج بر شاره وارد مي شود، فشار اضافي در داخل آن ايجاد شده و فشار در تمام جهات به تمام قسمت هاي مايع و ديواره ظرف منتقل مي شود.

 

اصل پاسكال:

فشار وارد بر مايع محصور بدون كاهش به تمام قسمت هاي مايع و ديواره هاي ظرف منتقل مي شود.

از كاربردهاي مهم اصل پاسكال، بالابر هيدروليکي، ترمزهاي روغني، منگنه آبي و ... است.

 

در شكل مقابل با وارد كردن نيروي F به قسمتي از مايع در ظرف محصور، نيروي F به شاخه هاي اطراف ظرف منتقل شده و مايع در آن ها بالا مي برد.

 

توجه: مايعات به آساني متراكم نمي شوند يعني حجم آن ها را نمي توان كم كرد به همين دليل فشار را منتقل مي كنند.

 

بالا بر هيدروليكي:

اين دستگاه براساس اصل پاسكال ساخته شده است كه از دو طرف استوانه اي با دهانه هاي بزرگ و كوچك ساخته شده و با لوله ي باريكي به يكديگر مربوط مي شوند. داخل هر استوانه يك پيستون متحرك قراردارد و فضاي داخل ظرف از مايعي پر شده است. هرگاه بر پيستون كوچك نيروي كوچك (F₁) وارد     مي شود باعث به وجود آمدن نيروي بزرگ (F₂) بر سطح بزرگتر مي شود.

فشار حاصل از اين دو نيرو با يكديگر برابر هستند.

 

بر طبق اين رابطه  اگر A₂ خيلي بزرگتر از A₁ باشد، F₂ نيز بايد بسيار بزرگتر از  F₁باشد، در نتيجه مي توان اجسام سنگين را با نيروي كمي بالا برد.

 

مثال: در يك دستگاه منگنه آبي هنگامي كه پيستون ها آزاد هستند. اگر پيستون كوچك را40cm  پايين ببريم پيستون بزرگ Cmا0/4 بالا مي رود. مزيت مكانيكي اين دستگاه چقدر است؟

 

توجه: فشار مايع در زير دو پيستون برابر است يعني p_۱=p_۲ بنابر اين مي توان نوشت:

 

نسبت مزيت مكانيكي منگنه آبي است. اگر شعاع قاعده پيستون ها را r و R فرض كنيم، داريم:

 

اگر پيستون كوچك به اندازه h پايين برود از حجم مايع پيستون كوچك به اندازه ah كاسته شده و به همين اندازه به طرف ديگر اضافه شده است. بنابراين پيستون بزرگ به اندازه H بالا مي آيد. بنابر اين مي توانيم بنويسيم

 

مزيت مكانيكي منگنه آبي برابر است با:

 

پاسخ:

 

فشار هوا

مي دانيد اطراف زمين را اقيانوسي از هوا گرفته است كه اتمسفر يا جو ناميده مي شود، اين توده عظيم هوا به علت وزني كه دارد بر سطح زمين و هر چه روي آن است فشار وارد مي كند.

ما فشار هوا را احساس نمي كنيم، زيرا اين فشار در همه جهت ها بر درون و بيرون بدن ما وارد مي شود.

الف) فشار هوای درون و بیرون این قوطی حلبی برابر است.

ب) قوطی پس از تخلیه هوای درون آن.

 

اگر فشار هوا از سطح بدن برداشته شود، فشار خون در رگها ممكن است رگ و پوست را پاره كند، به همين دليل در خارج از جو فضانوردان ناگزيرند لباس هاي ويژه اي بپوشند كه درون فضاهاي بسته آن فشار ساختگي وجود داشته باشد.

 

توجه: هر چه از سطح زمين به طرف بالا مي رويم، فشار هوا كمتر مي شود، فشار هوا تقريبا به ازاي هر 10 متر يك ميلي متر جيوه كاهش مي يابد.

نظرات شما عزیزان: