ضغط السائل والغاز يختلف كثيرا عن كيفية حساب الضغط على الاجسام الصلبة. كل هذا يمكننا التعرف عليه ولكن بعد التعرف اولا على ضغط السائل ومن ثم الخاص بالغاز. الشرح في هذه الصفحة سيكون بأسلوب مبسط من اجل ايصال المعلومة وضمان الفهم للتمهيد لمواضيع بنفس المحتوى ولكنها اصعب. الغرض من ذلك كتابة محتوى نافع للطلبة والباحثين في العالم العربي واثراء المحتوى بشكل جيد مطابق الى ما يتم تدريسه في المراحل المختلفة في البلدان العربية.
ما العوامل التي يعتمد عليها ضغط السائل؟
يختلف الضغط الذي تسلطه الاجسام الصلبة عن ضغط السوائل، اذ ان ضغط الأجسام الصلبة يكون دائما متجهة إلى الأسفل، في حين أن السوائل لها ضغطا على قاعدة الإناء الذي يحتويها، أي ان ضغط السوائل الساكن هو وزن عمود السائل على مساحة القاعدة التي يقع عليها الوزن العمودي للسوائل ، كما يسلط السائل ضغطا على جدران الوعاء الذي يحتوي السائل يسمى الضغط الجانبي، ويكون ضغط السائل الساكن متساو في جميع النقاط التي تقع في مستوى أفقي واحد، ويزداد ضغط الوائل الساكن في نقطة معينة منه بازدیاد عمق النقطة داخل السائل بالنسبة لسطح السائل ، كما يزداد ضغط السائل الساكن ايضا بزيادة كثافته .
يمكن حساب مقدار الضغط في اية نقطة داخل السوائل من العلاقة الآتية:
ضغط السائل = وزن عمود السائل / مساحة القاعدة التي يقع عليها الوزن العمودي
سؤال: علام يعتمد ضغط السائل؟
الفكرة الرئيسة:
ترتبط القوي في الموائع (سائل ، غاز) بالضغط والكثافة و يمكنها أن تؤثر في الأجسام .
نتاجات التعلم: في نهاية هذا الدرس سأكون قادرا على أن :
- أصف كيف تسلط الموائع (سائل، غاز) ضغطا.
- أشرح كيف يؤثر كل من العمق والكثافة في الضغط .
- أعطي امثلة على تطبيقات ضغط السوائل.
المفردات:
- ضغط السوائل Liquid Pressure
- الضغط الجانبي Lateral Pressure
- ضغط الغاز Gas Pressure
- الضغط الجوي Atmospheric Pressure
تطبيقات ضغط السائل:
السدود
السد جدار عال يسد مجرى النهر، ويخزن خلفه كمية كبيرة من المياه بحيث يرتفع مستواها خلف السد إلى اعلى مستوى المجرى النهر، وعلى هذا الأساس يصمم السد بحيث تكون قاعدته اكثر عرضا وسمكا من الأسفل من قمة السد لتتحمل ضغط المياه الكبير عند قعره والأقل عند اعلاه.
الأواني المستطرقة
مجموعة أواني مختلفة الأشكال مفتوحة من الأعلى وتتصل مع بعضها من الأسفل، وعند ملئها بالماء يرتفع فيها سطح الماء إلى المستوى الأفقي نفسه في كل الأوعية، أن ضغط الماء على قواعد الأوعية المختلفة متساو بالرغم من أنها تملك أشكالا مختلفة لأن ضغط السوائل لا يعتمد على شكل وحجم الإناء الذي يحتويه.
سؤال: ما المكان الأفضل لوضع خزان مياه البلدة؟ ولماذا؟
ما العوامل التي يعتمد عليها ضغط الغاز؟
اذا شعرت بانخفاض كمية الهواء المحصور داخل اطار دراجتي فانني استعمل مضخة هوائية (منفاخ) لكي أدفع هواء داخل اطارها، وكحال كل المواد فان الهواء يتكون من جزيئات تكون في حالة حركة مستمرة بجميع الاتجاهات في ضغط الغاز هو الضغط الذي تسلطه جزيئات الغاز نتيجة لأصطدام الجزيئات فيما بينها ، لذلك فان اصطدام الجزيئات يولد قوة على الاطار، وعند اضافة كمية اخرى من الهواء تزداد عدد جزيئات الهواء داخل الاطار بذلك يزداد ضغطه.
كما أن نفخ الهواء داخل بالون يولد ضغطا على البالون وكلما ازدادت كمية الهواء التي أدخلها للبالون يزداد الضغط المسلط لذا يزداد حجم البالون، كما هو موضح في الشكل .
سؤال: كيف تسلط جزيئات الغاز داخل البالون ضغطا على جدران البالون؟
وعند ثبوت كمية الغاز يزداد ضغط الغاز بزيادة درجة حرارته، لان تسخين الغاز يؤدي إلى زيادة سرعة حركة جزيئات ذلك الغاز وازدياد التصادمات بين جزيئاته، وهذا ما نلاحظه جميعا عند انفجار بعض اطارات العجلات صيفا .
سؤال: لماذا تنكمش كرة القدم المملوءة بالهواء شتاء؟
وزن عمود السائل يولد ضغطا:
- أعمل ثقوبا بواسطة مسمار ساخن في جوانب علبة من البلاستك في ثلاث ارتفاعات مختلفة وثقبة رابعة في الجانب الآخر كما في الشكل ادناه.
- اسد بأحكام الثقوب الثلاثة بوساطة : الشريط اللاصق من الطرف الأعلى واترك طرفه السفلي حرة لنزعها لاحقا بسهولة.
- أملأ العلبة بالماء ثم ضعها داخل حوض بلاستيك .
- أنزع بسرعة الشريط اللاصق عن العلبة لكي تفتح الثقوب.
- يندفع الماء من الثقوب الثلاثة بشكل مختلف ويكون اندفاعه اكبر كلما كان الثقب أقرب إلى قاعدة العلبة.
- لماذا يكون اندفاع الماء من الثقب الرابع (d) مساويا لاندفاعه من الثقب (c)؟
- كيف يمكن تفسير علاقة الضغط مع هذه التجربة ؟
ما الضغط الجوي؟
الغلاف الجوي هو طبقة من الأوكسجين والنيتروجين وغازات اخرى تحيط بالارض، وتعمل الجاذبية الأرضية على جذب هذه الغازات بقوة باتجاه الأرض، مما يؤدي إلى جعل الغلاف الجوي يمتلك وزنا والضغط الذي يسببه وزن الغلاف الجوي على الأرض يسمى الضغط الجوي، والضغط الجوي يسلط ضغط على أي شيء موجود على سطح الأرض .
لا يشعر الإنسان على سطح الارض ( بمستوى سطح البحر) بتأثير الضغط الجوي على اجسامنا بسبب وجود ضغط داخلي يكافئه في أجسامنا، ولكن نشعر بنقصانه اذا ما ارتفعنا إلى علو شاهق، كقمم الجبال ، إذ قد يؤدي إلى نزف دموي، أو شعورنا بازدياد الضغط اذا نزلنا إلى أعماق المناجم العميقة ، إذ نشعر بضيق في التنفس . لا علاقة لأي سائل عند حساب الضغط الجوي.
عند مستوى سطح البحر يكون مقدار الضغط الجوي ( 1 atm) ويعادل:
atm = 101325 pa = 101325 N/m2 = 760 mmHg
السؤال: لماذا أجد صعوبة كبيرة عند التنفس على قمة جبل شاهق ولا أجدها عندما اسیر على الشاطيء؟
تطبيقات على حركة الموائع (السوائل، الغاز) نتيجة الضغط:
- عندما اشرب سائل معين باستعمال قصبة الشرب فاني اسحب الهواء أولا من القصبة فينخفض الضغط داخلها، بينما الضغط الجوي على سطح السائل خارج القصبة يبقى كما هو، لذلك يوجد فرق بين الضغط داخل القصبة وخارجها، والهواء يحاول أن ينتقل من منطقة التي ضغطها عالي إلى منطقة الضغط المنخفض مما يؤدي إلى ارتفاع السائل في قصبة الشرب لان الضغط الجوي المؤثر على سطح العصير يدفع العصير إلى داخل القصبة.
- حركة الهواء عند التنفس، عندما تأخذ نفسا عميقا (الشهيق) يتوسع حجم الرئتين، وهذا التوسع يقلل الضغط في الرئتين، عند هذه اللحظة يكون الضغط داخل الرئتين اقل من خارجها، فيدخل الهواء الرئتين، وعندها تمتلئ الرئتين بالهواء يزداد الضغط داخلهما، أما عند الزفير فإن الهواء في الرئتين ينتقل من منطقة الضغط العالي إلى منطقة الضغط المنخفض .
سؤال: نعلم ان الضغط الجوي المسلط علينا كبيرة ولكننا لا نعاني من تأثيره، لماذا؟
اسئلة عن ضغط السائل والغاز
- اذكر العوامل التي تحدد مقدار الضغط في أي نقطة داخل السائل الساكن.
- ما العوامل التي يعتمد عليها ضغط الغاز؟
- وضح لماذا لا يمكن حساب الضغط الجوي بالطريقة التي يحسب بها ضغط السائل؟
- يبلغ ضغط سائل في نقطة منه 640Pa، كما يبلغ مقدار الضغط عند نقطة ثانية 800Pa. ما سبب اختلاف مقدار الضغط في رأيك؟
- وضح سبب انفجار بعض اطارات العجلات صيفا في أثناء حركتها.
- ينشأ الضغط الجوي، ولماذا تكون قيمته عند قمة الجبل المرتفع اقل منه عند مستوى سطح البحر؟
- ضغط السائل على قاعدة الاناء يتوقف على وزن السائل في ذلك الاناء مهما كان شكل الاناء وضح ذلك .
- ما الفرق بين ضغط السائل والضغط الجانبي؟
- عند نقطتين على عمق متساو في خزانين متماثلين من النفط والماء، يكون ضغط الماء أكبر من ضغط النفط. ما سبب ذلك ؟
- كيف يستطيع الفيل سحب الماء بخرطومه؟
- لماذا يفضل تخزين البخاخة أو الأوعية التي تحتوي على غاز في أماكن باردة وفي الظل؟