تبلیغات
علوم نوین - فشار
علوم نوین
مطالب علوم مدرسه راهنمایی نمونه ضمیری زاهدان

مرتبه
تاریخ : دوشنبه 26 دی 1390


فشار

مقدار نیرویی است كه 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.

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





2) مساحت سطح:

مقدار فشار با مساحت سطح رابطه عكس دارد یعنی هر چه سطح بزرگتر باشد، مقدار فشار كم تر است و بر عكس. یكای 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:





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

1) نیوتن بر سانتی متر مربع (N/cm2)= اگر مقدار نیرو برحسب نیوتن و مساحت سطح بر حسب cm2 باشد,فشار برحسب (N/cm2) محاسبه می شود.

2)پاسكال یا نیوتن بر مترمربع (N/m2)= اگر مقدار نیرو بر حسب نیوتن و مساحت سطح بر حسب m2 باشد فشار بر حسب N/m2 سنجیده می 0شود.





یكاهای دیگر فشار عبارتند از: اتمسفر (atm)- میلی متر جیوه (mmHg) – سانتی متر جیوه (CmHg) بار (bar)





مثال: وزن پسری 700 نیوتن است. سطح كف هر دو كفش او 250Cm2 است. فشاری كه این پسر بر سطح زمین وارد می كند چند پاسكال است؟



نكته: برای آنكه سانتی متر مربع را به متر مربع تبدیل كنیم فقط كافی است عدد مورد نظر را در 4- 10 ضرب كنیم.





نكته: اگر راستای نیروی F بر راستای عمود بر سطح زاویه Θ(تتا) بسازد،فشار از رابطه ای زیر به دست می آید.








فشار مایعات:

مایع موجود در یك 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.



- جرم با نماد m نمایش داده شده و بایكای كیلوگرم (kg) و یا گرم (g) اندازه گیری می شود.

- حجم با نماد V نمایش داده می شود و با یكای متر مكعب (m3) و یا سانتی متر مكعب (Cm3) اندازه گیری می شود.

- چگالی با نماد ρ نمایش داده شده و با یكای كیلو گرم بر متر مكعب (kg/ m3) ویا گرم بر سانتی متر مكعب (g/ Cm3) اندازه گیری می شود.



چگالی از رابطه ی زیر به دست می آید:





توجه: برای آنكه g/Cm3 به kg/m3 و یا برعكس تبدیل کنیم به صورت زیر عمل می كنیم.





فشار



فشار

مقدار نیرویی است كه 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.

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





2) مساحت سطح:

مقدار فشار با مساحت سطح رابطه عكس دارد یعنی هر چه سطح بزرگتر باشد، مقدار فشار كم تر است و بر عكس. یكای 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:





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

1) نیوتن بر سانتی متر مربع (N/cm2)= اگر مقدار نیرو برحسب نیوتن و مساحت سطح بر حسب cm2 باشد,فشار برحسب (N/cm2) محاسبه می شود.

2)پاسكال یا نیوتن بر مترمربع (N/m2)= اگر مقدار نیرو بر حسب نیوتن و مساحت سطح بر حسب m2 باشد فشار بر حسب N/m2 سنجیده می 0شود.





یكاهای دیگر فشار عبارتند از: اتمسفر (atm)- میلی متر جیوه (mmHg) – سانتی متر جیوه (CmHg) بار (bar)





مثال: وزن پسری 700 نیوتن است. سطح كف هر دو كفش او 250Cm2 است. فشاری كه این پسر بر سطح زمین وارد می كند چند پاسكال است؟



نكته: برای آنكه سانتی متر مربع را به متر مربع تبدیل كنیم فقط كافی است عدد مورد نظر را در 4- 10 ضرب كنیم.





نكته: اگر راستای نیروی F بر راستای عمود بر سطح زاویه Θ(تتا) بسازد،فشار از رابطه ای زیر به دست می آید.








فشار مایعات:

مایع موجود در یك 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.



- جرم با نماد m نمایش داده شده و بایكای كیلوگرم (kg) و یا گرم (g) اندازه گیری می شود.

- حجم با نماد V نمایش داده می شود و با یكای متر مكعب (m3) و یا سانتی متر مكعب (Cm3) اندازه گیری می شود.

- چگالی با نماد ρ نمایش داده شده و با یكای كیلو گرم بر متر مكعب (kg/ m3) ویا گرم بر سانتی متر مكعب (g/ Cm3) اندازه گیری می شود.



چگالی از رابطه ی زیر به دست می آید:





توجه: برای آنكه g/Cm3 به kg/m3 و یا برعكس تبدیل کنیم به صورت زیر عمل می كنیم.









2- شتاب جاذبه (g):

فشار درون مایع با نیروی جاذبه ای كه 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 كند در نتیجه فشار حاصل از آن، كه همان فشار هوا است، را نیز باید در رابطه بالا منظور كنیم این فشار را فشار كل یا فشار مطلق در عمق h از سطح مایع می گویند.

P=pgh+p0



نكته1: مقدار فشار آب در هر لوله، فقط به ارتفاع آب بستگی دارد و به مقدار كلی آب در لوله و سطح قاعده ی آن بستگی ندارد.





در این شكل اگر چه شكل لوله ها با یكدیگر متفاوت است ولی فشار در ته همه لوله ها یكسان است. اگر فشار آب در یك لوله با لوله های دیگر متفاوت بود، آب در لوله ها به حركت در می آمد تا فشار در همه جا مساوی شود.



نكته2: به مایع و گازها كه روان هستند شاره می گویند. شاره ها در همه جهت ها به طور یكسان فشار وارد می آورند.



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





نكته3: فشاری كه از طرف شاره (مایع و گاز) وارد می شود عمود بر سطح آن است.





نكته4: 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 پاسكال:

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

از كاربردهای مهم اصل پاسكال، بالابر هیدرولیکی، ترمزهای روغنی، منگنه آبی و ... است.



در شكل مقابل با وارد كردن 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 متراكم نمی شوند یعنی حجم آن ها را نمی توان كم كرد به همین دلیل فشار را منتقل می كنند.



بالا بر هیدرولیكی:

این دستگاه براساس اصل پاسكال ساخته شده است كه از دو طرف استوانه ای با دهانه های بزرگ و كوچك ساخته شده و با لوله ی باریكی به یكدیگر مربوط می شوند. داخل هر استوانه یك پیستون متحرك قراردارد و فضای داخل ظرف از مایعی پر شده است. هرگاه بر پیستون كوچك نیروی كوچك (F1) وارد می شود باعث به وجود آمدن نیروی بزرگ (F2) بر سطح بزرگتر می شود.

فشار حاصل از این دو نیرو با یكدیگر برابر هستند.





بر طبق این رابطه اگر A2 خیلی بزرگتر از A1 باشد، F2 نیز باید بسیار بزرگتر از F1باشد، در نتیجه می توان اجسام سنگین را با نیروی كمی بالا برد.





مثال: در یك دستگاه منگنه آبی هنگامی كه پیستون ها آزاد هستند. اگر پیستون كوچك را40cm پایین ببریم پیستون بزرگ Cmا0/4 بالا می رود. مزیت مكانیكی این دستگاه چقدر است؟



توجه: فشار مایع در زیر دو پیستون برابر است یعنی p۱=p۲ بنابر این می توان نوشت:





نسبت مزیت مكانیكی منگنه آبی است. اگر شعاع قاعده پیستون ها را r و R فرض كنیم، داریم:





اگر پیستون كوچك به اندازه h پایین برود از حجم مایع پیستون كوچك به اندازه ah كاسته شده و به همین اندازه به طرف دیگر اضافه شده است. بنابراین پیستون بزرگ به اندازه H بالا می آید. بنابر این می توانیم بنویسیم





مزیت مكانیكی منگنه آبی برابر است با:





پاسخ:





فشار هوا

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

ما فشار هوا را احساس نمی كنیم، 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 ممكن است رگ و پوست را پاره كند، به همین دلیل در خارج از جو فضانوردان ناگزیرند لباس های ویژه ای بپوشند كه درون فضاهای بسته آن فشار ساختگی وجود داشته باشد.



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



برای اندازه گیری هوا از دستگاهی به نام فشار سنج یا بارومتر جیوه ای استفاده می شود.



به این ترتیب كه لوله ای به طول یك متر كه یك سر آن بسته است را پر از جیوه كرده و به صورت واژگون درون جیوه یك ظرف فرو می بریم، آن گاه جیوه درون لوله تا آنجا پایین می آید كه فشار ناشی از وزن ستون جیوه برابر فشار هوا شود. اگر این آزمایش در سطح دریای آزاد انجام شود، ارتفاع ستون جیوه 76 سانتی متر خواهد بود ولی اگر در محلی كه بالاتر از سطح دریای آزاد قرار دارد انجام شود، ارتفاع ستون جیوه كمتر خواهد شد.

چون ارتفاع ستون جیوه به فشار هوا بستگی دارد پس معیار خوبی برای اندازه گیری فشار هوا است.

این فشار سنج نخستین بار توسط توریچلی ساخته شده است.





اگر چگالی جیوه 13600 kg/m3و شتاب جاذبهو ارتفاع ستون جیوه در سطح دریای آزاد برابر 76 سانتی متر باشد، فشار كه ستون جیوه در سطح A ایجاد می كند از رابطه زیر به دست می آید.

P = ρgh

P = ۱۳۶۰۰ × ۹/۸۱ × ۰/۷۶ = ۱/۰۱ × ۱۰۵ pa = ۱۰۵ pa



این فشار یك اتمسفر (atm) نامیده می شود.

در نتیجه فشار هوا در سطح دریای آزاد برابر 105 پاسكال یا یك اتمسفر است.

گاهی اوقات به جای محاسبه ρgh فشار را بر حسب ارتفاع ستون جیوه بیان می كنند. بنابراین فشار هوا در سطح دریای آزاد برابر 76CmHg (سانتی متر جیوه) و یا 760mmHg (میلی متر جیوه) است.



مثال: شهر تهران به طور متوسط در ارتفاع 1400 متری از سطح آزاد دریا قرار دارد، فشار هوا در آن چند میلی متر جیوه و چند پاسكال است.

پاسخ: می دانیم كه به ازای هر 10 متر یك میلی متر جیوه از فشار هوا كم می شود.



یعنی فشار هوا در تهران 140 میلی متر جیوه از فشار هوا در سطح آزاد دریا كم تر است پس

۷۶۰ - ۱۴۰ = ۶۲۰ mmHg

برای آنكه فشار را به پاسكال تبدیل كنیم از فرمول زیر استفاده كنیم.

p = ۱۳۶۰۰

g = ۹/۸

h = ۶۲۰ mm = ۰/۶۰ m





فشار گازها

وقتی در یك محیط بسته، مقداری گاز وارد كنیم، مولكول های گاز كه پیوسته در حال حركت و جنبش هستند دائما به دیواره های ظرف برخورد می كند، برخورد هر مولكول با دیواره ی ظرف، نیرویی بر دیواره وارد می كند، به عبارت دیگر، می توان گفت كه عامل ایجاد فشار یك گاز بر دیواره های ظرف آن، ضربه های متوالی مولكول های گاز به دیواره است.



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

1) تعداد مولكولهای گاز درون ظرف:

هر چه مقدار گازی كه به یك ظرف در بسته وارد می كنیم بیش تر باشد، فشار گاز درون آن ظرف بیش تر می شود، زیرا با افزایش تعداد مولكول ها، تعداد برخورد آن ها با دیواره ی ظرف افزایش می یابد.



2) جنبش و حركت مولكول های گاز:

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



برای اندازه گیری فشار گازها از فشارسنج گازی یا مانومتر استفاده می كنند.

برای اندازه گیری فشار مخزن گازی كه فشار آن از فشار هوا بیش تر است، از لوله u شكل ساده ای استفاده می شود كه درون آن جیوه با یك مایع رنگی با چگالی معین ریخته شده است.



در ابتدا چون فشار هوا در هر دو طرف لوله u شكل برابر است پس فشار در نقاط A و B برابر است.





با بازشدن شیر گاز و ورود آن به شاخه A در اثر فشار گاز، مایع داخل لوله از شاخه دیگر (B) بالا می رود. اختلاف فشار هوا و فشار گاز داخل محفظه باعث می شود كه مایع از دو طرف لوله U شكل در یك سطح قرار نگیرند،بنابراین از اختلاف ارتفاع در لوله می توان اختلاف فشار را به دست آورد.

فشار در نقاط A و B برابر است زیرا درون یك مایع و هم سطح هستند. فشار در نقطه B برابر است با مجموع فشار ستون مایع به ارتفاع h و فشار وارد از طرف هوا پس





به این ترتیب فقط با اندازه گیری h و داشتن p0 (فشار هوا در محل) می توان فشار گاز داخل مخزن P را اندازه گیری كرد.

مقدار pgh (یعنی فزونی فشار مخزن نسبت به فشار جو) را فشار پیمانه ای می نامند. در اندازه گیری فشار خون و یا فشار هوا داخل لاستیك های اتومبیل فشار پیمانه ای اندازه گیری می شود.



مثال: در شكل مقابل فشار سنجی را نشان می دهد كه حاوی مایعی به چگالی 500 kg/m3 است. این فشارسنج به مخزن گاز آزمایشگاه متصل شده و شیر مخزن گاز باز است. اختلاف ارتفاع بین سطح مایع در دو لوله برابر 30cm است. فشار مخزن گاز چند پاسكال است.








طبقه بندی: فیزیک، 
ارسال توسط معین عباسیان
آرشیو مطالب
امکانات جانبی
blogskin

ابزار وبلاگ

قالب وبلاگ

دانلود فیلم