كل قوانين الضغط في الفيزياء
تستند جميع قوانين الضغط في الفيزياء إلى قانون شامل واحد ، وهو القانون العام للضغط ، وهو:
الضغط = القوة / المنطقة ، مختصر (z = sq / m)
هو وزن عمود من الهواء يعمل على سطح مساحته سنتيمترًا واحدًا. وحدة الضغط هي باسكال أو ملليمترات من الزئبق.
عندما يتعلق الأمر بالسوائل ، فإن القانون يخضع للضغط. الضغط في السوائل هو مقدار القوة التي تؤثر بشكل موحد على منطقة معينة من سطح السائل ، وهي:
الضغط = القوة المؤثرة / منطقة الضغط المختصرة (z = s / a)
هناك عدة متغيرات في هذا القانون وبالتالي لها علاقات مختلفة مع ناتج العملية ، والمتغيرات هي:
- المساحة والعلاقة العكسية بينها والضغط ، فكلما كبرت المساحة ، قل ضغط الضغط ، وصغر حجم الضغط.
- القوة ، والتناسب المباشر بينها والضغط كلما زادت القوة المؤثرة على السطح ، زاد الضغط ؛ كلما زادت القوة المؤثرة على السطح ، زاد الضغط.
- طبيعة السائل.
- نوع السوائل.
- كثافة السوائل.
ومع ذلك ، هناك قوانين خاصة تصف حالات خاصة مثل:
قانون باسكال
لا يمكننا الحديث عن جميع قوانين الضغط في الفيزياء دون تجاوز القانون الأكثر أهمية فيها ، وهو قانون باسكال أو ما يعرف بقاعدة باسكال ، والتي تنص على أن الضغط على السوائل موزع بشكل موحد في وعاء مغلق تمامًا.
هذا يعني أننا إذا وضعنا سائلاً في أنبوبين متصلين ، فإن الضغط على أحدهما ناتج عن 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 المسافة الكبيرة بين الجزيئات.
التمثيل الرياضي لقانون باسكال
يمثل قاعدة باسكال كـ p2-p1 = -pg (h2-h1)
تطبيق قانون باسكال
يدخل قانون باسكال في آلية عمل العديد من التطبيقات من حولنا ، مثل:
رافع هيدروليكي
تستخدم الرافعات الهيدروليكية لرفع الأحمال الثقيلة بسهولة من خلال هذا المبدأ باستخدام آلية ميكانيكية بسيطة
من خلال وضع سائل غير قابل للضغط في أنبوب على شكل حرف U ، يكون أحد طرفيه أضيق من الآخر ، بحيث يؤثر أي تأثير طفيف للضغط على الطرف الضيق على نفس الكمية في الطرف الآخر من المنطقة الأكبر حيث يتم رفع الوزن. تقع.
الفرامل الأوتوماتيكية الهيدروليكية
تستخدم المكابح الهيدروليكية في السيارات نفس آلية قانون باسكال. يتم وضع الدواسة الموجودة عند قدم السائق تحت أنبوب رفيع من السوائل ، وعندما يدوس السائق عليها ينتقل الضغط من خلاله إلى العجلات الأربع (أو العجلتين الخلفيتين) ) وهم يتعرضون لضغوط متساوية.
بالإضافة إلى عدد كبير من التطبيقات التي تعتمد على نفس المبدأ مثل:
- مكبس قطن هيدروليكي.
- رفع كرسي طبيب الأسنان.
- رفع السيارة في المرآب.
- المثقاب الهيدروليكي.
قانون برنولي
يتعامل مبدأ برنولي أو مبدأ برنولي مع الضغط في السوائل في حالتها المتدفقة ، بعبارات بسيطة ، يعتمد ضغط السائل في الأنبوب المغلق على قطر الأنبوب وسرعة تدفقه في الأنبوب.
لذلك ، فإن السائل الذي يتدفق في مساحة ضيقة يحمل سرعة أعلى من السائل الذي يتدفق في منطقة واسعة.
أيضًا ، على عكس قانون باسكال ، يمكن تطبيق هذا القانون على الغازات.
شكل رياضي لقانون برنولي
اختصار قانون برنولي هو: “مجموع الضغط والطاقة الحركية والطاقة الكامنة لكل وحدة حجم هي كمية ثابتة.”
هذا يمثله حكم برنولي:
ضغط المدخل المنخفض – ضغط المخرج المنخفض = كثافة السائل / 2 × (سرعة المخرج 2 – سرعة المدخل 2) + الجاذبية × كثافة السائل × (ارتفاع قسم المخرج من الأرض – ارتفاع قسم المدخل من الأرض).
يتم اختصارها على النحو التالي: z1 – z2 = ½ s (R 22 – d 21) + ss (F 2 – F1).
تطبيق قانون برنولي
يُستخدم قانون برنولي في عدة تطبيقات صناعية ، من أهمها صناعة أجنحة الطائرات. تم تصميم الجناح ليكون له سطح علوي منحني أكثر من السطح السفلي المستقيم ، مما يخلق فرق ضغط بين الاثنين ويزيد سرعة الرياح أعلى على السطح العلوي ؛ لذلك ، يكون ضغط الهواء في أسفل الجناح أعلى من ضغط الهواء في الجزء العلوي من الجناح ، مما يرفع الطائرة أعلى ويقلل من الحمل على المحركات.
بالطبع ، هناك العديد من التطبيقات الأخرى لقانون برنولي ، لكن أجنحة الطائرات هي الأبرز.
قانون بويل
قانون بويل هو أبسط قانون للضغط ، وهو عكس قانون باسكال ، فهو يعمل فقط على الغازات ، ومن هذا تم اشتقاق 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
شكل رياضي لقانون بويل
يتم تمثيل قانون بويل في الرياضيات:
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 حقنة مخصصة لشرب دواء للأطفال)
- مقص
- ماء
خطوات التجربة
الملاحظة في التجربة
بالنسبة للبالون المملوء بالهواء ، نجد أنه يتقلص عند الضغط على مكبس المحقنة ، أما بالنسبة للبالون المملوء بالماء ، فنجد أنه لا يتقلص عند الضغط على مكبس المحقنة.
نتائج التجربة
أنه عندما لا يتأثر ضغط الصقر على حجم السائل ؛ ولكن عندما يضغط الصقر على الغازات ، يتأثر الحجم بشكل واضح.
تطبيق قانون بويل
هناك العديد من التطبيقات الواقعية لقانون بويل ، مثل:
- حاوية بخاخ الطلاء حيث يتم ضغط الغاز بالطلاء إلى حالة شبه سائلة وعند الضغط على فوهة الغاز ، تبدأ في الخروج مع الطلاء.
- سرعة صعود الغواص من المياه العميقة ، تتكيف أجسام الإنسان مع الحياة خارج الماء ، ولكن عند الغوص في أعماق كبيرة ، يزداد الضغط ويبدأ الدم في امتصاص غاز النيتروجين وتخزينه في العضلات. عضلات الغواص ، مما يؤدي إلى ألم شديد للغواص ويمكن أن يؤدي إلى الوفاة.
- تصميم زجاجات المياه الغازية المضغوطة ، والذي يحدث عند فتح الزجاجة ، هو أن الغاز يتسرب مع السائل.
قانون تشارلز
يتعامل قانون تشارلز أو قانون الأحجام أو قانون تشارلز مع الغازات وحجمها في درجة حرارة الصقر (التسخين) ، بموجب 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
التمثيل الرياضي لقانون تشارلز هو:
حجم الغاز / درجة الحرارة = ثابت رياضي
أو V / T = K للاختصار
تطبيق قانون 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 ، كما يحتاج السائقون إلى قياس ضغط الإطارات قبل القيادة لمسافات طويلة وتعديله حسب الكتالوج الذي وضعته الشركة المصنعة ، لأن الاحتكاك مع الطريق لفترة طويلة يولد حرارة ، مما يزيد من الضغط.
- منطاد سياحي ، فكرة بناء منطاد تقني مبني على قانون تشارلز ، لذلك يسخن الهواء ويحبس داخل المادة المتضخمة ويتمدد (حسب ما يقضي القانون) ، مما يقلل كثافته ويرتفع. سلة في الأسفل.
- يعتمد إنتاج المخبوزات اللذيذة على قانون تشارلز منذ فجر التاريخ ، لأن الإنسان اكتشف الخميرة واستخدم هذا القانون حتى قبل اكتشافه. ويزداد حجمها بالحرارة ، بحيث تشكل جيوبًا صغيرة ، ومع تكاثر الجيوب ، يتشكل الانتفاخ في المعجنات ؛
قانون جاي لوساك
يتعامل قانون جاي لوساك مع دراسة الضغط عند درجة حرارة 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 يتم تبريد الغاز بحجم ثابت ، ينخفض الضغط ، وينشأ الضغط عن طريق اصطدام الجسيمات بجدران الحاوية التي يوضع فيها . .
تم الاستنتاج من قانون جاي لوساك أن الصفر المطلق يجب أن يكون موجودًا ولا يمكن قياس درجة الحرارة بشكل سلبي.
الصيغة الرياضية للقانون
جاي – لوساك
يتم تمثيل قانون جاي لوساك رياضيًا:
ضغط الغاز / درجة حرارة الغاز = ثابت رياضي
يتم اختصارها رياضياً إلى: P / T = K.
تطبيق الحياة لقانون جاي لوساك
من أهم التطبيقات الحياتية لقانون جاي لوساك ، بخلاف قدور الضغط وما شابه ، التعليمات الموضوعة على علب مغلقة بعدم تركها في الشمس ، أو تعريضها لدرجة حرارة معينة ، أو رميها في سلة المهملات مع باقي أنواع النفايات حيث يؤدي ذلك إلى انفجارها.
عندما تتعرض حاوية محكمة الإغلاق للحرارة وفقًا لقانون جاي لوساك ، فإنها تزيد من ضغط الغاز وبالتالي تنفجر ، مما يعرض حياة الإنسان للخطر.
وحدات القياس لمنتج جميع قوانين الضغط الفيزيائية
في الفيزياء ، يقاس الضغط بوحدات:
- الشريط: وحدة واحدة تساوي 105 نيوتن / م 2 ، تساوي أو 0.987 صراف آلي.
- باسكال: أهم وحدة ضغط ، تساوي نيوتن لكل متر مربع.
- أجهزة الصراف الآلي: الوحدة الواحدة تساوي 101.325 باسكال.
ملخص الموضوع في 7 نقاط
في شرح جميع القوانين الفيزيائية للضغط ، وجدنا ما يلي: