ما هي صيغة الضغط. الضغط

أهلا وسهلا بك! اليوم سوف نتحدث عن هذه الكمية المادية ونصف الظاهرة بأنها ضغط. سأتحدث عن مصدرها وما هي مظاهر الضغط الخارجية التي يمكنك ملاحظتها في الحياة وفي الحياة اليومية.

الضغط ككمية المادية

ضغط الكمية الفيزيائية يساوي القوة لكل وحدة مساحة. بشكل عام ، يمكن التعبير عن نسبة القوة والضغط والمساحة في شكل مثلث ذاكري كما في الشكل أدناه.

قوة الضغط المنطقة

كما نرى من ذلك

ع \u003d F / S ،

S \u003d F / P ،

F \u003d p * S.

يتم قياس الضغط في الفيزياء في Pascals (Pa) وله بعد N / sq. كما يتضح من الصيغة ومن تعريف الضغط نفسه ، تميز هذه القيمة مقياس تأثير القوى لكل وحدة مساحة.

وكما يتضح من الصيغة ، من أجل زيادة الضغط ، يجب عليك إما زيادة القوة المطبقة ، أو تقليل المساحة التي تطبق عليها القوة. تذكر هذا الظرف الآن ، كما من المفيد لنا شرح مختلف الظواهر الطبيعية واليومية المرتبطة بالضغط.

الضغط كظاهرة طبيعية

لدي على الفور سؤال لك لردم: هل يمكن للشخص استخدام يديه فقط لإنتاج ضغط أكثر من 1000 الغلاف الجوي؟ كم هو غريب ، لكن الإجابة على هذا السؤال: نعم تستطيع! والآن نثبت هذا البيان من خلال الحسابات.

لذلك ، فإن جو واحد يساوي ضغط 100000 باسكال. قوة الضغط لإصبع الشخص على الخرامة الحادة في مكان ما حوالي 30 N (ربما أكثر). مساحة الطرف الخرافي حوالي 0.03 ملليمتر مربع. أي هذا هو 0.00000003 متر مربع. م تقسم 30 ن على 0.00000003 متر مربع. م والحصول على 1،000،000،000 باسكال. أو 10000 أجهزة الصراف الآلي. ضغط وحشي ، أليس كذلك؟

للمقارنة ، سأقدم بعض البيانات:

الضغط في إطارات السيارات - 2 أجهزة الصراف الآلي.

الضغط في غرفة محرك البنزين هو 10 أجهزة الصراف الآلي.

الضغط في غرفة الديزل 20 atm.

الضغط في الغلاية البخارية 40 atm.

صحيح ، هناك واحد ولكن. في الأمثلة المذكورة أعلاه ، يتم توزيع الضغط داخل هذه الأجهزة على جميع مساحة عمل هذه الأجهزة ، ولكن في المثال الذي قدمناه ، يتركز كل هذا الضغط الوحشي على طرف المخرز (0.03 متر مربع).

تشرح هذه الحسابات لماذا ، بإبر وسكاكين حادة ، يمكنك اختراق الأجسام القوية أو قصها. في حين أن الإبر الحادة والسكاكين تعد مشكلة.

ولكن هذا تحدثنا جميعا عنه ضغوط عالية. لكن في بعض الأحيان تحتاج إلى تقليل الضغط على العكس. ربما كنت خمنت بالفعل كيف تفعل ذلك بنفسك. بالطبع ، لزيادة مساحة اتصال القوات. وكمثال على هذه الزيادة في المساحة ، لتقليل الضغط ، يمكنك إحضار الزلاجات ، و "ذيول الرطب" ، ومسارات الجرارات وحتى مرتبة ناعمة عادية.

أنت تقول ، وأين الفراش؟ هل سبق لك أن حاولت النوم على أرضية مسطحة وصعبة؟ لذلك يزيد المراتب المنتظمة من مساحة ملامسة الجسم للسطح وبالتالي الاستلقاء عليها بلطف. ولكن على أرضية مسطحة ، نلمسها بمساحات صغيرة فقط من الجسم ، ونتيجة لذلك ، يكون الضغط على هذه الأجزاء أكبر بكثير. هذا هو بالضبط السبب في أنه يمكنك "تتبع" نفسك على سطح مستو.

لماذا لا يسقط شخص تزلج في تساقط الثلوج؟ لماذا هي سيارة مع إطارات واسعة يمكن الوصول إليها أكثر من سيارة مع الإطارات العادية؟ لماذا جرار بحاجة المسارات؟ نتعلم الإجابة على هذه الأسئلة من خلال التعرف على كمية مادية تسمى الضغط.

المواد الصلبة الضغط

عندما يتم تطبيق القوة ليس على نقطة واحدة على الجسم ، ولكن على نقاط كثيرة ، فإنها تعمل على سطح الجسم. في هذه الحالة ، يتحدث المرء عن الضغط الذي تخلقه هذه القوة على سطح مادة صلبة.

في الفيزياء ، يكون الضغط عبارة عن كمية فيزيائية تساوي عدديًا نسبة القوة المؤثرة على سطح عمودي عليه على مساحة السطح.

ع \u003d F / S ,

حيث ص - الضغط ؛ F - القوة المؤثرة على السطح ؛ S - مساحة السطح.

لذلك ، يحدث الضغط عندما تعمل قوة على سطح عمودي عليه. حجم الضغط يعتمد على حجم هذه القوة ، ويتناسب بشكل مباشر معها. كلما زادت القوة ، زاد الضغط الذي يخلقه لكل وحدة مساحة. الفيل أثقل من النمر ، لذلك يمارس المزيد من الضغط على السطح. تدفع السيارة ضد الطريق بقوة أكبر من المشاة.

يتناسب ضغط المادة الصلبة عكسيا مع مساحة السطح التي تعمل عليها القوة.

يعلم الجميع أن المشي في الثلوج العميقة صعب بسبب حقيقة أن الساقين تفشل باستمرار. لكن التزلج بسيط للغاية. الشيء هو أنه في حالة واحدة وآخر ، يتصرف الشخص على الثلج بنفس القوة - الجاذبية. ولكن يتم توزيع هذه القوة على الأسطح مع مناطق مختلفة. نظرًا لأن مساحة سطح الزحافة أكبر من مساحة باطن الأحذية ، يتم توزيع وزن الشخص في هذه الحالة على مساحة أكبر. والقوة التي تعمل في وحدة المساحة أصغر عدة مرات. لذلك ، فإن الشخص الذي يقف على التزلج يضغط على الثلج بشكل أقل ولا يسقط فيه.

عن طريق تغيير مساحة السطح ، يمكنك زيادة أو تقليل الضغط.

عند الذهاب للتخييم ، نختار حقيبة تحمل على الظهر بأشرطة عريضة لتقليل الضغط على الكتف.

لتقليل ضغط المبنى على الأرض ، قم بزيادة مساحة الأساس.

إطارات الشاحنات مصنوعة على نطاق أوسع من إطارات سيارات الركاب بحيث تمارس ضغطًا أقل على الأرض. لنفس السبب ، يتم تصنيع جرار أو دبابة على مسار كاتربيلر ، وليس على عجلة ذات عجلات.

يتم شحذ السكاكين ، والشفرات ، والمقص ، والإبر بشكل حاد بحيث يكون لها أصغر مساحة ممكنة في جزء القطع أو الغرز. ثم حتى بمساعدة قوة تطبيق صغيرة ، يتم خلق الكثير من الضغط.

لنفس السبب ، زودت الطبيعة الحيوانات بأسنان حادة وأنياب ومخالب.

الضغط هو كمية العددية. ال المواد الصلبة ينتقل في اتجاه القوة.

وحدة القوة هي نيوتن. وحدة القياس م 2. لذلك ، وحدة الضغط ن / م 2. تسمى هذه القيمة في النظام الدولي لوحدات SI محدة ضغط (باسكال أو رع). حصلت على اسمها تكريما للفيزيائي الفرنسي بليز باسكال. يؤدي ضغط 1 باسكال إلى قوة نيوتن واحد ، يعمل على سطح مساحته 1 متر مربع.

1 Pa \u003d 1n / m2 .

تستخدم الأنظمة الأخرى وحدات مثل البار ، الغلاف الجوي ، مم زئبق. الفن. (ملم زئبق) وغيرها.

ضغط السوائل

إذا في جسم صلب ينتقل الضغط في اتجاه القوة ، ثم في السوائل والغازات ، وفقًا لقانون باسكال ، " ينتقل أي ضغط ينتج عن سائل أو غاز في جميع الاتجاهات دون تغيير ».

املأ كرة بفتحات صغيرة متصلة بأنبوب ضيق على شكل أسطوانة بها سائل. املأ الكرة بالسائل ، وأدخل المكبس في الأنبوب وابدأ في تحريكه. يضغط المكبس على سطح السائل. ينتقل هذا الضغط إلى كل نقطة من السائل. يبدأ السائل في سكب الثقوب الموجودة في الكرة.

بملء الكرة بالدخان ، سنرى نفس النتيجة. وهذا يعني أنه في الغازات ، ينتقل الضغط أيضًا في جميع الاتجاهات.

السائل ، مثل أي جسم على سطح الأرض ، يتأثر بالجاذبية. كل طبقة من السائل في الخزان يخلق الضغط مع وزنه.

وهذا ما تؤكده التجربة التالية.

إذا تم سكب الماء في وعاء زجاجي ، بدلاً من قاع بفلم مطاطي ، سينحني الفيلم تحت ثقل الماء. وكلما زاد عدد المياه ، زاد ثني الفيلم. إذا غمرنا تدريجياً هذه السفينة بالماء في حاوية أخرى ، مملوءة بالماء أيضًا ، فعندئذ سوف يتم تسوية خفض الفيلم. وعندما تصبح مستويات الماء في الوعاء والحاوية متساوية ، فإن الفيلم سوف يتم تقويمه بالكامل.

عند مستوى واحد ، يكون الضغط في السائل هو نفسه. ولكن مع زيادة العمق ، يزداد ، حيث أن جزيئات الطبقات العليا تمارس الضغط على جزيئات الطبقات السفلية. وهذه ، بدورها ، ضغطت على جزيئات الطبقات ، التي تقع في مكان أقل. لذلك ، عند أدنى نقطة من الخزان ، سيكون الضغط هو الأعلى.

يتم تحديد الضغط في العمق بواسطة الصيغة:

ع \u003d ρ ز ,

حيث ص - الضغط (باسكال) ؛

ρ - كثافة السوائل (كجم / م 3) ؛

ز - تسارع الجاذبية (9.81 م / ث) ؛

ح - ارتفاع العمود السائل (م).

يمكن ملاحظة من الصيغة أن الضغط يزداد مع زيادة العمق. كلما انخفض معدل غرق المركبة تحت الماء في المحيط ، زاد الضغط الذي ستواجهه.

الضغط الجوي

إيفانجليستا توريسيلي

من يدري ، إذا لم يقرر دوق توسكانا في عام 1638 تزيين حدائق فلورنسا بنوافير جميلة ، الضغط الجوي لم يتم اكتشافه في القرن السابع عشر ، ولكن بعد ذلك بكثير. يمكننا القول أن هذا الاكتشاف تم عن طريق الصدفة.

في تلك الأيام ، كان يعتقد أن الماء سيرتفع وراء مكبس المضخة ، لأنه ، كما جادل أرسطو ، "الطبيعة لا تتسامح مع الفراغ". ومع ذلك ، كان الحدث غير ناجحة. ارتفع الماء في النوافير ، وملأ "الفراغ" الناتج ، ولكن على ارتفاع 10.3 م توقف.

التفتوا إلى غاليليو غاليلي للحصول على المساعدة. نظرًا لأنه لم يستطع العثور على تفسير منطقي ، فقد أمر طلابه - إيفانجليستا توريسيليو فينتشنزو فيفياني لإجراء التجارب.

في محاولة للعثور على سبب الفشل ، وجد طلاب جاليليو أن سوائل مختلفة ترتفع إلى ارتفاعات مختلفة خلف المضخة. كلما زادت كثافة السائل كلما انخفض. نظرًا لأن كثافة الزئبق أعلى 13 مرة من كثافة المياه ، يمكن أن ترتفع إلى 13 مرة أقل. لذلك ، في تجربتهم استخدموا الزئبق.

في 1644 ، أجريت التجربة. كان أنبوب الزجاج مليئا بالزئبق. ثم انقلب في حاوية مملوءة بالزئبق. بعد بعض الوقت ، ارتفع عمود الزئبق في الأنبوب. لكنه لم يملأ الأنبوب بأكمله. فوق عمود الزئبق كانت مساحة فارغة. كان يطلق عليه في وقت لاحق "توريسيلان الفراغ". لكن حتى الزئبق لم يتدفق من الأنبوب إلى الخزان. أوضح توريسيلي ذلك من خلال حقيقة أن الهواء الجوي يضغط على الزئبق ويحتفظ به في الأنبوب. ويظهر ارتفاع عمود الزئبق في الأنبوب حجم هذا الضغط. وبالتالي ، تم قياس الضغط الجوي لأول مرة.

الغلاف الجوي للأرض هو غلافه الجوي ، محاط بالجاذبية. تتحرك جزيئات الغازات التي تتكون منها هذه القذيفة بشكل مستمر وعشوائي. تحت تأثير الجاذبية ، تضغط الطبقات العليا للغلاف الجوي على الطبقات السفلية ، وتضغطها. أقل طبقة تقع بالقرب من سطح الأرض هي الأكثر ضغطًا. لذلك ، الضغط فيه هو الأعظم. وفقًا لقانون باسكال ، يقوم بنقل هذا الضغط في جميع الاتجاهات. كل ما هو موجود على سطح الأرض يختبرها. هذا الضغط يسمى الضغط الجوي .

منذ إنشاء الضغط الجوي من خلال طبقات الهواء المغطاة ، فإنه يتناقص مع زيادة الارتفاع. من المعروف أنه في الجبال أعلى من سفح الجبال. والعمق تحت الأرض هو أعلى بكثير من على السطح.

الضغط الجوي العادي هو الضغط يساوي الضغط عمود من الزئبق بارتفاع 760 ملم عند درجة حرارة 0 درجة مئوية

قياس الضغط الجوي

منذ الهواء الجوي له كثافة مختلفة على ارتفاعات مختلفة، ثم لا يمكن تحديد الضغط الجوي من خلال الصيغةص = ρ · ز · ح . لذلك ، يتم تحديده باستخدام أجهزة خاصة تسمى مقاييس .

هناك بارومترات سائلة وأنويدات (غير سائلة). يعتمد تشغيل البارومترات السائلة على تغيير في عمود مستوى السائل تحت الضغط الجوي.

Aneroid عبارة عن وعاء مغلق من المعدن المموج ، حيث يتم إنشاء فراغ. تنكمش الحاوية عندما يرتفع الضغط الجوي ، وتستقيم عندما تسقط. تنتقل كل هذه التغييرات إلى السهم باستخدام صفيحة معدنية زنبركية. تتحرك نهاية السهم على طول المقياس.

من خلال تغيير قراءات البارومتر ، يمكننا افتراض كيف سيتغير الطقس في الأيام المقبلة. إذا زاد الضغط الجوي ، فيمكن توقع طقس صافٍ. وإذا سقط ، سيكون غائمًا.

عندما يقف الجسم على الدعم ، فإنه يعمل على هذا الدعم بثقله. هل يهم كيفية وضع هذه الهيئة على الدعم؟ هل تقع على حافة أكبر أم أقل؟ هذا ما يجب أن ندرسه اليوم في الدرس (الشكل 1).

التين. 1. يمكن توزيع نفس القوة (وزن الجسم) على مناطق مختلفة

مثال آخر دعنا نحاول قطع قطعة من الخبز بسكينين مختلفين. لماذا ، بنفس القوة التي نطبقها على كل سكين ، نحصل على نتيجة مختلفة؟ تقطيع إحدى السكاكين الخبز بشكل ضعيف ، وتكسره بشكل أكبر والأخرى تامة (الشكل 2).

التين. 2. قطع السكاكين المختلفة الخبز بشكل مختلف

الشيء هو كيف يتم شحذ الحافة المتطورة للشفرة من هذه السكاكين. أرق الحافة ، وأفضل السكين التخفيضات.

ماذا يعني أفضل؟ هذا يعني أننا في كلتا الحالتين مارسنا نفس القوة ، لكن نتيجة هذه القوة كانت مختلفة. الشيء هو أن المنطقة التي يتم توزيع هذه القوة عليها كانت مختلفة.

يمكن لكل واحد منكم إعطاء عدد كبير من الأمثلة من تجربة حياتك الخاصة. هذا هو الموقف عندما نقف على التزلج على الجليد فضفاضة أو فقط على أقدامنا. في إحدى الحالات ، لن نفشل ، في الحالة الأخرى ، سنكون غارقين في الثلج. سوف تخترق الإبرة الحادة النسيج بشكل أفضل من الإبرة بنهايات حادة (الشكل 3).

التين. 3. الإبر الحادة والصريحة تخترق الأنسجة بشكل مختلف

كل هذا يشير إلى ذلك تغيير المنطقة التي يتم توزيع القوة نفسها عليها يؤدي إلى حقيقة أن نتيجة عمل هذه القوة مختلفة.

في مناقشتنا ، تشارك الكميات المادية التالية باستمرار:

· القوة التي تتصرف بشكل عمودي على بعض السطح (الجدول ، رغيف الخبز ، الثلج ، إلخ) ؛

المنطقة التي يتم توزيع هذه القوة عليها (منطقة حافة حافة طليعة السكين ، التزلج).

كلما زاد حجم القوة (نشير إليها بالرمز Fوأصغر مساحة السطح التي يتم توزيعها عليها (تدل عليها S) ، كلما زادت نتيجة عمل هذه القوة. لذلك، لا تعتمد نتيجة القوة المؤثرة على سطح معين على هذه الكميات نفسها ، بل على علاقتها. هذه العلاقة تسمى الضغط ويشار إليه بحرف لاتيني ص (من كلمة الضغط - الضغط).

التين. 4. هذه الصيغة هي تعريف للكمية المادية الجديدة - الضغط

يسمى الضغط الكمية المادية, يساوي إجبار يتصرف عموديًا على بعض السطح إلى مساحة هذا السطح (الشكل 4).

تسمى القوة المؤثرة على السطح بقوة الضغط.

يمكن أن يؤدي دور قوة الضغط عن طريق وزن الجسم أو أي قوة أخرى مرنة.

في نظام SI ، يتم قياس القوة في نيوتن ، المساحة - بالمتر المربع. وبالتالي ، يتم قياس الضغط بالنيوتن لكل متر مربع. هذه الوحدة من الضغط لها اسم خاص - محدة ضغط(الشكل 6) ، تكريما للعالم الفرنسي بليز باسكال (الشكل 5).

التين. 5. بليز باسكال (1623-1662)

التين. 6. يتم قياس الضغط في نظام SI بالباسكال

واحد pascal (Pa) هو الضغط الناتج عن قوة ضغط 1 نيوتن ، موزعة بالتساوي على مساحة سطح متر مربع واحد.

باسكال واحد هو القليل من الضغط. حول هذا الضغط يتم إنشاؤه بواسطة ورقة دفتر المدرسة ملقاة على الطاولة. لذلك ، غالبًا ما تستخدم وحدات الضغط المتعددة:

hectopascal (hPa) 1 hPa \u003d 100 Pa \u003d 10 2 Pa؛

كيلوباسكال (كيلو باسكال) 1 كيلو باسكال \u003d 1000 باسكال \u003d 10 3 باسكال ؛

megapascal (MPa) 1 MPa \u003d 1،000،000 Pa \u003d 10 6 Pa.

الآن يمكننا العودة إلى السؤال الذي تمت مناقشته في بداية هذا الدرس: ما إذا كان عمل الجسم على السطح يعتمد على الوجه الذي نضعه على هذا السطح.

التين. 7A. توزيع الطاقة على مساحة أكبر

التين. 7B. يتم توزيع القوة نفسها على مساحة أصغر.

في الحالة الأولى ، يتم توزيع قوة ضغط القضيب (وزنه) على مساحة أكبر ، وفي الحالة الثانية على الأقل. نظرًا لأن الصيغة الخاصة بحساب الضغط تقع في مقام الكسر ، نلاحظ أنه في الحالة الأولى (الشكل 7 أ) ، يمارس الشريط ضغطًا أقل على الدعم ، وفي الثانية (الشكل 7 ب) - المزيد.

وهكذا، من أجل زيادة الضغط ، من الضروري تقليل المساحة التي يتم توزيع قوة الضغط عليها. لذلك ، يجب شحذ حواف القطع للأدوات (الشكل 8).

التين. 8. شحذ حواف القطع من السكاكين والمناشير وغيرها من الأدوات لتقليل المساحة التي يتم توزيع القوة المطبقة عليها.

في الحالات التي لا يجب فيها زيادة الضغط ، ولكن يتم تقليله ، يمكن تحقيق ذلك عن طريق زيادة مساحة السطح التي تطبق عليها القوة. على سبيل المثال ، لتقليل الضغط ، تكون إطارات الشاحنات أوسع من إطارات سيارات الركاب. من أجل منع الجرار أو الخزان الثقيل من السقوط في التربة الرخوة ، لا يتم تركيبها على عجلات ، ولكن على مسارات واسعة وطويلة (الشكل 9)

التين. 9. لتقليل الضغط على الأرض ، العجلات الثقيلة والجرارات ليست مجهزة بالعجلات ، ولكن مع المسارات

مراجع

Peryshkin A.V. الفيزياء. 7 cl. - الطبعة 14 ، الصورة النمطية. - م .: بوستارد ، 2010.
Peryshkin A.V. مجموعة من المشكلات في الفيزياء ، الصف السابع إلى التاسع: الطبعة الخامسة ، الصورة النمطية. - M: دار النشر "امتحان" ، 2010.
Lukashik V.I. ، Ivanova E.V. مجموعة من المشاكل في الفيزياء للصفوف 7-9 من المؤسسات التعليمية. - الطبعة ال 17. - م: التعليم ، 2004.