آشنایی با مفهوم فشار

فشار کمیتی است که برای هر سه حالت جامد، مایع و گاز تعریف می‌شود.

در جامدات فشار به عنوان نیروی وارد بر سطح تعریف می‌شود. واحد فشار پاسکال است. یک پاسکال فشاری است که توسط نیرویی به بزرگی یک نیوتون به صورت عمود بر مساحتی به طول یک متر مربع اعمال می‌شود.

 طبق رابطه‌ی زیر فشار با نیرو رابطه مستقیم و با سطح مقطع رابطه عکس دارد.P=\frac{F}{A}

مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو

برای مثال هواپیما از روی زمین بلند می‌شود و به تدریج ارتفاع خود از سطح زمین را افزایش می‌دهد. وقتی در ارتفاع چند پایی قرار می‌گیرد فشار هوای بیرون کاهش می‌یابد و در نتیجه نیروی وارد شده به سطح شیشه پنجره به شدت کم می‌شود و این درحالی است که فشار هوا در داخل هواپیما مانند فشار روی زمین است. در نتیحه اختلاف دو نیروی درون و بیرون که به شیشه پنجره وارد می‌شود افزایش می‌یابد. بنابراین برای کاهش این اختلاف، تنها می‌توان سطح شیشه پنجره را کاهش داد. برای همین شیشه‌ی پنجره‌ی هواپیما از اتوبوس بسیار کوچک‌تر است.

در میان کفش‌های ورزشی، کفش‌های مخصوص فوتبال سطح مقطع کمتری داشته و در نتیجه فشار بیشتری ایجاد می‌کنند و با فشردن بیش از حد معمول چمن، شرایط دویدن را برای بازیکن ساده‌تر می‌کنند.

فشار خون طبق شکل زیر به مقدار فشاری گفته می‌شود که توسط خون در جریان، به دیواره‌ی رگ‌ها وارد می‌آید و یکی از علائم حیاتی است. مقصود از فشار اشاره به «قدرت» یک مایع متحرک است. معمول‌ترین روش اندازه‌گیری فشار خون به‌وسیله فشارسنج است.پرفشاری خون به معنای بالا بودن میزان فشاری است که بر اثر برخورد خون به دیواره‌ی سرخرگ‌ها ایجاد می‌شود. سرخرگ‌ها، رگ‌هایی هستند که خون را از قلب به تمام اعضای بدن می‌رسانند. طبق شکل زیر در زمانی که فشار خون ایجاد می‌شود ضخامت دیواره‌ی رگ‌ها افزایش پیدا می‌کند و به عبارتی سطح مقطع کم می‌شود و به همین دلیل میزان فشار افزایش می‌یابد.در مسابقه طناب کشی افراد در دو سمت مخالف قرار می‌گیرند و مشغول کشیدن طناب به سمت خود می‌شوند. هرچه قدر نیروی اعمالی مقدار بزرگتری داشته باشد مقدار فشار ایجاد شده بیشتر شده و آن تیم برنده بازی خواهد بود. در شکل زیر افراد با اعمال نیروی  برنده مسابقه هستند.

فشار در مایعات

فشار در مایعات از رابطه‌ی زیر به دست می‌آید. به دلیل ثابت بودن شتاب گرانش و چگالی در مایع مورد بررسی، می‌توان نتیجه گرفت فشار مایعات به ارتفاع مایع از سطح آزاد بستگی دارد.

P=ghp

در یک ظرف سه سوراخ با ارتفاع‌های مختلف ایجاد می‌کنیم و آنها را موقتا مسدود می‌کنیم. سپس ظرف را از آب پر کرده و در پوش‌ها را هم زمان برمی‌داریم. مطابق شکل زیر هر چقدر ارتفاع مقدار بیشتری داشته باشد فشار آب به خروج افزایش می‌یابد، زيرا وزن ستون مايع بالاي سطح مورد نظر افزايش مي‌يابد. به همين دليل ضخامت ديواره سدها در بخش پائيني آن را خيلي بيشتر از بخش بالايي آن مي‌گيرند تا بتواند فشار بيشتري را تحمل كند. بنابراین فشار مايع در يك عمق معين در همه جهت‌ها يكسان است

فشار در گازها

فشار در گازها از رابطه‌ی زیر به دست می‎آید. در این رابطه فشار با دما و تعداد مول رابطه مستقیم و با حجم رابطه عکس دارد. در این رابطه p معرف فشار گاز کامل، V معرف حجم گاز بر حسب متر مکعب، n معرف تعداد مول، R ثابت جهانی با مقدار ۳/۸ و T دمای مطلق است که باید بر حسب کلوین در نظر گرفته شود.

PV=nRT

مقدار گاز

هر چه تعداد ذرات گازی که در یک ظرف در بسته قرار می‌گیرد بیشتر شود حرکت آنها بیشتر شده، تعداد برخوردها افزایش یافته و در نتیجه فشار بالا می‌رود. مثلا هر چه قدر یک بادکنک را بیشتر باد کنیم احتمال ترکیدن آن بیشتر می‌شود.

مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو

حجم

مطابق شکل زیر اگر مقدار یکسان گاز را در دو ظرف با حجم‌های متفاوت قرار دهیم و فشار موجود در آن را با فشار سنج اندازه بگیریم مقدار فشار با افزایش حجم کاهش می‌یابد.افزایش دما سبب افزایش جنبش مولکول‌های گازی می‌شود و آنها با دیواره‌ی ظرف برخوردهای خود را افزایش می‌دهند. برای مثال در شکل زیر با حرارت دادن بادکنک مولکول‌های گازی ضربات بیشتری به دیواره وارد می‌کنند و فشار افزایش می‌یابد.

مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو