الضغط: كيف يتم الضغط في السائل المتعلق بالعمق؟ (موضح بالرسم البياني)

ربما سمعت كلمة "ضغط" المستخدمة في المحادثة. ما هو الضغط بالضبط؟ كيف يرتبط بالقوة؟ ستساعدك الأنشطة التالية على فهم ذلك.

حاول أن تقطع تفاحة بحافة غير حادة لسكين. استخدم كل القوة التي تستطيع. هل من السهل؟ الآن قطعها مع الحافة الحادة. لاحظ كم هو أسهل ، أو حقيقة أن عليك استخدام قوة أقل بكثير. العثور على دبوس المشترك حادة ومحاولة ثقب بيرف (ورقة 6 أو 7) من الأوراق معها. ثم استخدم دبوس بنقطة حادة لفعل نفس الشيء. أيهما أسهل؟

اضغط على نهاية حادة من قلم رصاص على راحة يدك. الآن استخدام نفس القوة للضغط على نقطة حادة على راحة يدك. مما يؤلم أكثر؟

لماذا من الأسهل اختراق حزمة من الأوراق ذات دبوس حاد مقارنة بدبوس حادة؟ يحتوي طرف الدبوس الحاد على مساحة أصغر بكثير من طرف الدبوس الحادة. لنفترض أن مساحة الحافة الحادة هي التي تكون رأس الحافة هي 10 أ. تتركز القوة (F) التي تقوم بتطبيقها على المساحة الصغيرة للطرف الحاد ، في حين يتم تقسيمها على المساحة الأكبر للطرف الحادة. القوة لكل وحدة مساحة تعمل على الورق تحت الحافة الحادة هي F / a ، في حين أن تحت الحافة الفظة تكون F / (10a). نظرًا لأن F / a أكبر بعشر مرات من F / (10a) ، يمر المسمار الحاد عبر مجموعة الأوراق بسهولة أكبر.

تسمى الكمية F / a ، أو القوة لكل وحدة مساحة ، الضغط.

الضغط = القوة / المنطقة

وحدة الضغط SI هي نيوتن لكل متر مربع (N / m ² ):

وبالتالي ، إذا كانت قوة من 10 N تعمل على مساحة قدرها 1 م ² ، سيكون الضغط 10 N / m ² .

أمثلة يومية :

لذلك ، الآن أنت تعرف لماذا يتم إجراء حواف القطع للقطع مثل الشفرات والفؤوس والسكاكين الحادة ولماذا تحتوي الدبابيس والإبر على نقاط حادة. ومع ذلك ، وكما هو مرغوب فيه لزيادة الضغط في بعض المواقف ، من الضروري تقليله في حالات أخرى. تخيل ما يمكن أن يحدث إذا حاول شخص ما يرتدي الخناجر المشي على الرمال أو الثلج. وزن الجسم كله يعمل على مساحة صغيرة من شأنه أن يؤدي إلى ارتفاع الضغط ، مما يجعل بالوعة القدم في الرمال أو الثلج.

هذا هو السبب في أن الزحافات طويلة ومسطحة - من خلال زيادة المساحة التي يعمل فيها وزن الجسم على تقليل الضغط ، مما يساعد المتزحلق على الانزلاق فوق الثلج. وبالمثل ، فإن حقيقة أن الإبل لديها أقدام كبيرة تساعدها على السير على الرمال. هل يمكنك تخمين لماذا يضر السير على الحجارة أو الحصى ولماذا يضع الحمالون لفافة من القماش على رؤوسهم؟

الضغط الذي تمارسه السوائل:

لقد قرأت أن وزن الجسم هو القوة التي تجتذبها الأرض. السائل أيضا لديه كتلة وينجذب بقوة الجاذبية. هذا الوزن ، أو القوة ، يعمل نحو الأسفل على قاعدة الحاوية التي تحمل السائل. لذا فإن الضغط الممارس على قاعدة الحاوية هو وزن السائل مقسومًا على مساحة القاعدة. سوف يمنحك النشاط التالي فكرة أفضل عن الضغط الذي يمارسه السائل.

ثقوب أربعة ثقوب على جانب زجاجة بلاستيكية (أو جرة). عصا شريط من شريط لاصق على الثقوب وملء الزجاجة (أو جرة) بالماء. ضع الزجاجة على حافة طاولة ، مع وعاء على الأرض تحتها. قم بتقشير الشريط ومراقبة الطائرات المائية الأربعة التي تخرج من الزجاجة (أو الجرة). الطائرة من أدنى ثقب ستسافر أبعد. إذا قمت بعمل الفتحات الأربعة على نفس الارتفاع ، فإن الطائرات الأربع سوف تسافر على نفس المسافة من الحاوية.

تسافر نفاثة الماء من أدنى ثقب إلى أبعد الحدود لأن الضغط الذي يمارسه عمود الماء هو الأعلى في هذه المرحلة. من المسافة التي تقطعها الطائرات الأربع ، يجب أن تكون قادراً على تخمين أن الضغط الذي تمارسه المياه يزيد مع زيادة العمق.

إذا كنت تستطيع تخيل أن الزجاجة تحتوي على قواعد زائفة على المستويات الأربعة ، A ، B ، C و D (القاعدة A هي الأعلى) ، ستدرك أن وزن الماء الذي يعمل على القاعدة A أقل بكثير من ذلك الذي يعمل على القاعدة ب ، وهلم جرا. عندما تصنع أربعة ثقوب في نفس المستوى من الزجاجة ، تسافر الطائرات على نفس المسافة لأن السائل يمارس نفس الضغط في كل الاتجاهات على عمق معين.

الأشياء التي تحتاج إلى تذكرها حول الضغط الذي يمارسه السائل هي كما يلي:

1. يزداد الضغط الذي يمارسه السائل مع العمق.

2. السائل يمارس نفس الضغط في كل الاتجاهات على عمق معين.

قياس ضغط السائل:

جهاز قياس الضغط هو أداة تستخدم لقياس اختلافات الضغط. يمكنك عمل مقياس بسيط واستخدامه لمعرفة كيف يتغير ضغط السائل مع العمق. قم بإصلاح أنبوب U (ستحتاج إلى شراء واحدة ، أو استعارة واحدة من المختبر الخاص بك) على لوح كما هو موضح في الشكل 8.13 (أ) وملء نصفه بالماء. سترى أن مستوى المياه هو نفسه في كل من ذراعي أنبوب U. هذا هو مانومتر الخاص بك. قم بإدخال طرف واحد من أنبوب المطاط بطول متر واحد فوق أحد أطراف أنبوب U وقم بتوصيل قمع إلى الطرف الآخر من أنبوب المطاط.

قم بتمديد بالون نحيف فوق فوهة القمع وقم بإصلاحه باستخدام خيط أو شريط مطاطي. إذا قمت بالضغط على البالون الممتد بإصبع ، فسوف ينخفض ​​مستوى الماء في الذراع A من الأنبوب U وسوف يرتفع المستوى في الذراع B ، كما هو موضح في الشكل 8.13 (b). الفرق في مرتفعات الماء في الذراعين هو مقياس الضغط الذي تستخدمه بإصبعك.

بعد ذلك ، قم بتخفيض مسار التحويل ببطء إلى دلو من الماء ، كما هو موضح بالشكل 8.13 (ج). سيزداد الفرق بين مرتفعات الماء في ذراعي مقياس ضغط الدم مع توغل مسار التحويل في دلو الماء. هذا يدل على زيادة الضغط مع عمق السائل.

إذا ثنت الأنبوب المطاطي بحيث يكون وجه القمع عموديًا ، كما هو موضح بالشكل 8.13 (د) ، وقم بتدويره على نفس مستوى الماء ، سيظل الضغط الذي يشير إليه مقياس ضغط الدم ثابتًا. هذا يدل على أنه عند عمق معين يكون الضغط في السائل هو نفسه في جميع الاتجاهات.

الضغط الجوي:

أنت تعرف أننا محاطون ببطانية من الهواء. هذا الهواء له كتلة وينجذب بقوة الجاذبية. إذن ، هل هذا الهواء لا يمارس ضغوطًا؟ نعم ، كما هو ، لأن النشاط التالي سيظهر لك. املأ نصف وعاء معدني فارغ (يمكنك استخدام علبة المشروبات الغازية) بالماء.

تسخينها حتى يغلي الماء. إزالة العلبة من اللهب وإغلاق غطاءه بإحكام. (في حالة استخدام علبة المشروبات الغازية ، يمكنك استخدام شريط لإغلاق الفتحة.) ضع العلبة تحت الصنبور ثم اضغط على الصنبور (كن حذرا أثناء التعامل مع العلبة الساخنة). كما يمكن أن تبرد ، يتم سحقها. إذا كان التسخين يمكن أن يكون مزعجا ، صب الماء الساخن في زجاجة بلاستيكية ومسمار على الغطاء. ثم صب الماء المثلج فوق الزجاجة. سوف تحصل على سحق زجاجة.

لماذا يتم سحق العلبة (أو الزجاجة)؟ لأن الأول ، البخار من الماء المغلي يدفع الهواء للخروج منه. ثم ، عند إغلاق الغطاء وتبريد العلبة (أو الزجاجة) ، يتكثف البخار ، تاركًا مساحة فارغة. ضغط الهواء ، الذي لا تشعر به عادة ، يعمل على جميع جوانب العلبة ويجعلها كهفًا فيها.

لماذا لا يستطيع الكهف الخالي في الكهوف عادة؟ لأنه مليء بالهواء ويتوازن ضغط الهواء على السطح الخارجي للعلبة بواسطة ضغط الهواء على سطحه الداخلي. ولماذا لا تشعر بوزن عدة مئات من الكيلوغرامات من الهواء تدفعك إلى الأسفل (وزن هذا الهواء يساوي تقريباً وزن الفيل)؟ وذلك لأن الضغط داخل جسمك يساوي الضغط الذي يمارسه الهواء على السطح الخارجي لجسمك.

دعونا نفكر في المزيد من الأمثلة. لماذا تعتقد أن ينفجر البالون عندما يتم ضخ الكثير من الهواء فيه؟ عندما تضخ الهواء في البالون ، يزداد الضغط داخل (يعمل على جدار البالون). هذا يجعل البالون يزداد حجمه أو حجمه. ثم تأتي نقطة عندما لا يمكن أن تمتد مادة البالون أكثر من ذلك. إذا قمت بزيادة الضغط عن طريق ضخ المزيد من الهواء ، ينفجر البالون.

حاول دفع الزجاج الفارغ (أو القدح) إلى دلو من الماء. هل تشعر بمقاومة؟ هو الضغط الذي يمارسه الهواء المحبوس داخل الزجاج (أو القدح). فاجئ أصدقاءك بهذه الأنشطة وحاول شرحها. انظر الشكلين 8.15 و 8.16 للحصول على تلميحات.

1. ملء كوب بالماء وتغطيته بالسفينة. قلب الزجاج. ستبقى السفينة معلقة على الزجاج ولن ينسكب الماء.

2. ثقب ثقوب بالقرب من قاع العلبة الفارغة وتغطية الثقب بشريط لاصق. املأ العلبة بالماء قم بتوسيع البالون فوق فم العلبة. امسك العلبة فوق الحوض واخلع الشريط الذي يغطي الحفرة. عندما ينفد الماء من الحفرة ، يتم دفع البالون إلى العلبة.