كل قوانين الضغط في الفيزياء
تستند جميع قوانين الضغط في الفيزياء إلى قانون عالمي واحد ، وهو قانون الضغط العام ، وهو:
الضغط = القوة / المنطقة ، مختصر (z = s / m)
هو وزن عمود من الهواء يعمل على سطح تبلغ مساحته سنتيمترًا واحدًا ووحدة الضغط هي باسكال أو ملليمترات من الزئبق.
أما السوائل فلها قانون خاضع للضغط. الضغط في السوائل هو مقدار القوة التي تعمل بشكل موحد على منطقة معينة من سطح السائل ، وهي:
الضغط = القوة المطبقة / المنطقة المتأثرة بالضغط ، مختصر (z = s / a)
هناك العديد من المتغيرات في هذا القانون وبالتالي لها علاقات مختلفة مع نتيجة العملية. المتغيرات هي:
- المساحة والعلاقة العكسية بينها والضغط ، فكلما كبرت المساحة ، قل الضغط ، وصغر الضغط ، كلما قل الضغط.
- القوة ، وهي علاقة مباشرة بينها وبين الضغط ، فكلما زادت القوة المؤثرة على منطقة ، زاد الضغط ؛ كلما زادت القوة المؤثرة على السطح ، زاد الضغط.
- الطبيعة السائلة.
- نوع السوائل.
- كثافة السوائل.
ومع ذلك ، هناك قوانين خاصة تصف الحالات الخاصة ، مثل:
قانون باسكال
لا يمكننا التحدث عن جميع قوانين الضغط في الفيزياء دون تجاوز أهم قانون في الفيزياء ، وهو قانون باسكال أو ما يعرف بقانون باسكال ، والذي ينص على أن الضغط على السوائل يتم توزيعه بشكل موحد في وعاء مغلق تمامًا.
معنى هذا أنه عندما نضع سائلًا في أنبوبين متصلين ، يكون الضغط على أحدهما من تأثير خارجي ؛ سوف يتأثر الأنبوب الثاني بضغط يساوي الأنبوب الأول.
لا يمكن تطبيق قانون باسكال على الغازات لأنه لا يمكن ضغطها في أنابيب بسهولة مثل السوائل بسبب مساحة الطبقة البينية الكبيرة في الجزيئات.
التمثيل الرياضي لقانون باسكال
يمثل قاعدة باسكال بـ p2-p1 = -pg (h2-h1)
تطبيق قانون باسكال
يشارك قانون باسكال في آلية عمل العديد من التطبيقات من حولنا ، مثل:
ونش هيدروليكي
تستخدم الرافعات الهيدروليكية في هذا المبدأ لرفع الأحمال الثقيلة بسهولة باستخدام آلية ميكانيكية بسيطة
عن طريق وضع سائل غير قابل للضغط في أنبوب على شكل حرف U ، يكون أحد طرفيه أضيق من الآخر ، فإن أي تأثير طفيف للضغط على الطرف الضيق سوف يتأثر بشكل متساوٍ في الطرف الآخر من المنطقة الأكبر التي يجب أن يكون الوزن فوقها رفعت. يقع.
مكابح السيارة الهيدروليكية
تستخدم الفرامل الهيدروليكية في السيارات نفس آلية قانون باسكال. تحتوي الدواسة ، الموجودة عند قدم السائق ، على أنبوب رفيع تحته سائل. عندما يدوس السائق عليها ينتقل الضغط إلى العجلات الأربع (أو العجلتين الخلفيتين) ويتم ممارسة نفس الضغط عليها.
بالإضافة إلى عدد كبير من التطبيقات التي تعتمد على نفس المبدأ مثل:
- مكبس قطن هيدروليكي.
- رفع كرسي طبيب الأسنان.
- رفع السيارة في المرآب.
- حفر هيدروليكي.
قانون برنولي
يتعامل مبدأ برنولي أو مبدأ برنولي مع الضغط في السوائل أثناء تدفقها ، بعبارات بسيطة ، يعتمد ضغط السائل في الأنبوب المغلق على قطر الأنبوب وسرعة تدفقه في الأنبوب.
لذلك ، فإن السائل الذي يتدفق في منطقة ضيقة يحمل سرعة أعلى من السائل الذي يتدفق في منطقة واسعة.
على عكس قانون باسكال ، يمكن أيضًا تطبيق هذا القانون على الغازات.
صيغة رياضية لقانون برنولي
اختصار قانون برنولي هو: “مجموع الضغط والطاقة الحركية والطاقة الكامنة لكل وحدة حجم يساوي ثابتًا.”
هذا يمثله حكم برنولي:
ضغط المدخل المنخفض – ضغط المخرج المنخفض = كثافة السائل / 2 × (سرعة المخرج 2 – سرعة المدخل 2) + الجاذبية × كثافة السائل × (ارتفاع المخرج فوق الأرض – ارتفاع المدخل فوق الأرض).
الاختصار هو: Z1 – Z2 = ½ s (p22 – p21) + cs (p2 – p1).
تطبيق لقانون برنولي
يُستخدم قانون برنولي في عدة تطبيقات صناعية ، من أهمها صناعة أجنحة الطائرات. تم تصميم الجناح بحيث يكون سطحه العلوي منحنيًا أكثر من السطح السفلي المسطح ، مما يخلق فرقًا في الضغط بين الاثنين ويؤدي إلى ارتفاع سرعة الرياح على السطح العلوي. لذلك ، يكون ضغط الهواء في أسفل الجناح أعلى من ضغط الهواء في الجزء العلوي من الجناح ، مما يرفع الطائرة إلى أعلى ويقلل من الحمل على المحركات.
بالطبع ، هناك العديد من التطبيقات الأخرى لقانون برنولي ، لكن الأجنحة هي الأبرز.
قانون بويل
قانون بويل هو أبسط قانون للضغط وهو القانون المطابق لقانون باسكال لأنه يعمل فقط على الغازات وقد اشتُق منه قانون الغاز المشترك.
ينص قانون بويل على أنه عندما يتم ضغط كمية معينة من الغاز عند درجة حرارة معينة ، فإن الضغط يتناسب عكسياً مع الحجم
الصيغة الرياضية لقانون بويل
يتم تمثيل قانون بويل رياضيًا:
ضغط الغاز x حجم الغاز = ثابت رياضي.
يُختصر على النحو التالي: pv = k.
تجربة إثبات قانون بويل
لإجراء تجربة لإثبات قانون بويل ، سنحتاج إلى:
- 2 بالون صغير.
- حقنة بلاستيكية كبيرة (لا تقل عن 60 مم) (يجب التأكد من أن المحقنة لا تحتوي على إبرة ، ومن الأفضل شراء محقنة مخصصة لشرب دواء للأطفال)
- مقص
- ماء
خطوات التجربة
الملاحظات في التجربة
في حالة وجود بالون مليء بالهواء ، نجد أنه عند ضغط مكبس المحقنة يتقلص ، أما في حالة وجود بالون مملوء بالماء ، فنجد أنه عند ضغط كباس المحقنة يتم ضغطه. لا ينكمش.
نتائج التجربة
أنه عندما يضغط الصقر على السائل ، لا يتأثر الحجم ؛ ولكن عندما يضغط الصقر على دواسة الوقود ، يتأثر الحجم بشكل واضح.
تطبيق قانون بويل
قانون بويل له العديد من التطبيقات الواقعية ، مثل:
- حاوية بخاخ الطلاء حيث يتم ضغط الغاز في حالة شبه سائلة مع الطلاء وعند الضغط على فوهة الغاز ، تبدأ في الخروج مع الطلاء.
- سرعة صعود الغطاس من المياه العميقة تتكيف أجسام الإنسان مع الحياة خارج الماء ، ولكن عند الغوص في أعماق كبيرة يزداد الضغط ، وبالتالي يبدأ الدم في امتصاص غاز النيتروجين وتخزينه في العضلات. يخرج الغواص من الماء بسرعة كبيرة ، وهذا يؤدي إلى تحول الدم إلى شيء مثل الرغوة أو انحسار النيتروجين في العضلات ، مما يؤدي إلى ألم شديد للغواص وقد يؤدي إلى الوفاة.
- تصميم زجاجات المياه الغازية المضغوطة ، والذي يحدث عند فتح العبوة ، هو أن الغاز يخرج مع السائل.
قانون تشارلز
يتعامل قانون تشارلز أو قانون الأحجام أو قانون تشارلز مع الغازات وحجمها في صقر حراري (تسخين) ، مع هذا القانون نستنتج أن العلاقة المباشرة بين حجم الغاز ودرجة الحرارة ؛ عندما يكون للصقر درجة حرارة يزداد الحجم وعندما تنخفض درجة الحرارة يقل الحجم ، وتكون هذه العلاقة تحت ضغط ثابت.
صيغة رياضية لقانون تشارلز
يتم تقديم التمثيل الرياضي لقانون تشارلز من خلال:
حجم / درجة حرارة الغاز = ثابت رياضي
أو V / T = K للاختصار
تطبيق لقانون تشارلز
هناك العديد من التطبيقات الحياتية والهندسية لقانون تشارلز ، مثل:
- يجب أن يقيس الهواء المضغوط في إطارات السيارات ضغطها مع تغير الموسم ، وضغط الإطارات في الصيف يكون أعلى منه في الشتاء بسبب درجة الحرارة لفترة طويلة ، ويولد حرارة مما يزيد الضغط لاحقًا.
- منطاد سياحي ، فكرة بناء منطاد هندسي تعتمد على قانون تشارلز ، فيتم تسخين الهواء وحبسه داخل المادة المتضخمة ويزيد حجمها (كما يحدده القانون) وبالتالي تنخفض كثافته وترتفع إلى مستوى أعلى. ضع السلة في الأسفل معها.
- يعتمد صنع المخبوزات اللذيذة على قانون تشارلز منذ فجر التاريخ لأن الإنسان اكتشف الخميرة واستخدم هذا القانون حتى قبل اكتشافها.
قانون جاي لوساك
يتعامل قانون جاي لوساك مع دراسة الضغط عندما تكون درجة الحرارة ثابتة ، وينص هذا القانون على أنه عندما يكون حجم الغاز ثابتًا ، فإن الضغط يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة المطلقة.
عندما يتم تسخين الغاز بحجم ثابت ، يزداد الضغط ، وعندما يبرد الغاز بحجم ثابت ، ينخفض الضغط ، وينشأ الضغط من تأثير الجزيئات على جدران الحاوية التي يوضع فيها.
تم الاستنتاج من قانون جاي لوساك أنه يجب أن يكون هناك صفر مطلق ، لذلك لا يمكن قياس الحرارة بالسالب.
الصيغة الرياضية للقانون
جاي لوساك
يتم تقديم التمثيل الرياضي لقانون جاي-لوساك من خلال:
ضغط الغاز / درجة حرارة الغاز = ثابت رياضي
رياضيا ، يتم اختصارها إلى: P / T = K.
تطبيقات مدى الحياة لقانون جاي لوساك
إن أهم تطبيق في العالم الحقيقي لقانون جاي-لوساك ، بصرف النظر عن أواني الضغط وما شابه ، هو التعليمات الموضوعة على علب محكمة الغلق بعدم تركها في الشمس ، أو تعريضها لدرجة حرارة معينة ، أو رميها في قمامة، يدمر، يهدم. مع أنواع النفايات الأخرى لأنها تؤدي إلى انفجارها.
عندما تتعرض حاوية فارغة مغلقة للحرارة وفقًا لقانون جاي لوساك ، فإنها تزيد من ضغط الغاز وبالتالي تنفجر ، مما يعرض حياة الإنسان للخطر.
وحدات القياس لحاصل ضرب جميع قوانين الضغط الفيزيائية
يقاس الضغط في الفيزياء بوحدات:
- بار: وحدة واحدة تساوي 105 نيوتن / م 2 أو 0.987 ضغط جوي.
- باسكال: أهم وحدة لقياس الضغط هي نيوتن لكل متر مربع.
- أجهزة الصراف الآلي: وحدة واحدة تساوي 101325 باسكال.
ملخص الموضوع في 7 نقاط
في شرح جميع القوانين الفيزيائية للضغط ، وجدنا ما يلي: