فشار در جامدات ، مایعات و گاز ها ) به زبان ساده

فشار

فشار

مقدار نیرویی است که به طور عمود بر واحد سطح وارد می شود. 

عوامل موثر بر فشار:

1) مقدار نیرو:

فشار با نیروی وارده بر سطح رابطه مستقیم دارد یعنی هر چه نیرو بیش تر باشد فشار بیش تر است.

یکای اندازه گیری نیرو، نیوتن (N) بوده و با حرف F نمایش داده می شود.

 

2) مساحت سطح:

مقدار فشار با مساحت سطح رابطه عکس دارد یعنی هر چه سطح بزرگتر باشد، مقدار فشار کم تر است و بر عکس. یکای اندازه گیری مساحت، سانتی متر مربع (cm²) یا متر مربع (m²) است و با حرف A  نمایش داده می شود. 

 

برای محاسبه فشار از فرمول زیر استفاده می شود:  

فشار مایعات: 

مایع موجود در یک ظرف نیز به خاطر وزن خود بر بدنه ی ظرف فشار وارد می آورد.

فشار مایعات به عوامل زیر بستگی دارد: 

1- چگالی (جرم حجمی): 

فشار با چگالی مایع رابطه ی مستقیم دارد، یعنی هر چه چگالی مایع بیش تر باشد فشار آن نیز بیش تر است. جرم واحد حجم از هر جسم را چگالی آن می نامند.

2- شتاب جاذبه (g): 

فشار درون مایع با نیروی جاذبه ای که در آن قسمت بر مایع وارد می شود رابطه ی مستقیم دارد.

3- عمق یا ارتفاع مایع (h): 

هر چه عمق یا ارتفاع مایع بیشتر باشد فشار آن نیز بیش تر است. 

 

 رابطه ی فشار در درون مایعات به صورت زیر محاسبه می شود. 

ارتفاع×شتاب جاذبه×چگالی=فشار در درون مایعات  

P=h.g.p

توجه: اگر در بالای مایع هوا وجود داشته باشد، به سطح آزاد مایع نیرو وارد می کند در نتیجه فشار حاصل از آن، که همان فشار هوا است، را نیز باید در رابطه بالا منظور کنیم این فشار را فشار کل یا فشار مطلق در عمق h از سطح مایع می گویند. 

P=pgh+p₀

نکته1: مقدار فشار آب در هر لوله، فقط به ارتفاع آب بستگی دارد و به مقدار کلی آب در لوله و سطح قاعده ی آن بستگی ندارد. 

 

در این شکل اگر چه شکل لوله ها با یکدیگر متفاوت است ولی فشار در ته همه لوله ها یکسان است. اگر فشار آب در یک لوله با لوله های دیگر متفاوت بود، آب در لوله ها به حرکت در می آمد تا فشار در همه جا مساوی شود.

نکته2: به مایع و گازها که روان هستند شاره می گویند. شاره ها در همه جهت ها به طور یکسان فشار وارد می آورند.

شناگران و غواصان وقتی در آب فرو می روند فشار آب را نه تنها بر پشت بلکه بر سینه خود نیز احساس می کنند. 

نکته3: فشاری که از طرف شاره (مایع و گاز) وارد می شود عمود بر سطح آن است.

نکته4: وقتی نیرویی از خارج بر شاره وارد می شود، فشار اضافی در داخل آن ایجاد شده و فشار در تمام جهات به تمام قسمت های مایع و دیواره ظرف منتقل می شود.

اصل پاسکال:

فشار وارد بر مایع محصور بدون کاهش به تمام قسمت های مایع و دیواره های ظرف منتقل می شود.

از کاربردهای مهم اصل پاسکال، بالابر هیدرولیکی، ترمزهای روغنی، منگنه آبی و ... است.

در شکل مقابل با وارد کردن نیروی F به قسمتی از مایع در ظرف محصور، نیروی F به شاخه های اطراف ظرف منتقل شده و مایع در آن ها بالا می برد.

 

توجه: مایعات به آسانی متراکم نمی شوند یعنی حجم آن ها را نمی توان کم کرد به همین دلیل فشار را منتقل می کنند.

فشار هوا

می دانید اطراف زمین را اقیانوسی از هوا گرفته است که اتمسفر یا جو نامیده می شود، این توده عظیم هوا به علت وزنی که دارد بر سطح زمین و هر چه روی آن است فشار وارد می کند.

ما فشار هوا را احساس نمی کنیم، زیرا این فشار در همه جهت ها بر درون و بیرون بدن ما وارد می 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 ممکن است رگ و پوست را پاره کند، به همین دلیل در خارج از جو فضانوردان ناگزیرند لباس های ویژه ای بپوشند که درون فضاهای بسته آن فشار ساختگی وجود داشته باشد.

توجه: هر چه از سطح زمین به طرف بالا می رویم، فشار هوا کمتر می شود، فشار هوا تقریبا به ازای هر 10 متر یک میلی متر جیوه کاهش می یابد.

فشار گازها 

وقتی در یک محیط بسته، مقداری گاز وارد کنیم، مولکول های گاز که پیوسته در حال حرکت و جنبش هستند دائما به دیواره های ظرف برخورد می کند، برخورد هر مولکول با دیواره ی ظرف، نیرویی بر دیواره وارد می کند، به عبارت دیگر، می توان گفت که عامل ایجاد فشار یک گاز بر دیواره های ظرف آن، ضربه های متوالی مولکول های گاز به دیواره است.

فشار گازها در یک محیط بسته به عوامل زیر بستگی دارد: 

1) تعداد مولکولهای گاز درون ظرف: 

هر چه مقدار گازی که به یک ظرف در بسته وارد می کنیم بیش تر باشد، فشار گاز درون آن ظرف بیش تر می شود، زیرا با افزایش تعداد مولکول ها، تعداد برخورد آن ها با دیواره ی ظرف افزایش 

  می یابد.

2) جنبش و حرکت مولکول های گاز: 

هر چه دمای گاز بیش تر باشد، انرژی جنبشی مولکول های گاز بیش تر شده و فشار آن افزایش پیدا می کند.