علوم نهم فصل 8 : فشار و آثار آن
هوایی که تنفس می کنیم، آبی که از دوش حمام بیرون می آید و از آن برای استحمام استفاده می کنیم، کفشی که می پوشیم، تشکی که روی آن استراحت می کنیم همگی به نوعی با مفهوم فشار ارتباط دارند.
در این علوم نهم فصل 8 پس از آشنا شدن با تعریف فشار، قادر خواهید بود تا شناخت بهتری از پدیده هایی از این قبیل به دست آورید.
محاسبه فشار:
فشار از تقسیم نیرو بر سطحی که به آن نیرو وارد می شود تعریف می شود. یعنی:
یکای فشار پاسکال (pa) برابر با نیوتن بر متر مربع است
به طوری که هر پاسکال، معادل 1 نیوتون بر یک متر مربع است.
رابطه ی فوق نشان می دهد هرگاه نیروی معینی را به دو سطح متفاوت وارد کنیم، فشار نیز متفاوت خواهد بود.
پس باید متوجه شده باشیم چرا یک میخ آهنی براحتی با چکش به درون دیوار فرو می رود اما یک جسم پهن فرو نمی رود.
مطابق تصویر بالا: فشار با سطح رابطه عکس دارد چنانچه سطح زیاد شود فشار کم می شود.
مثال :
مکعبی با سطح قاعده 1000 سانتی متر مربع و به وزن 100 نیوتن روی زمین قرار دارد فشاری که به سطح زیرین آن وارد می شود کدام است ؟
اگر مکعب را روی سطح کمتر (100 سانتی متر مربع ) قرار دهیم فشار زیرین آن چقدر خواهد بود ؟
علوم نهم فصل 8 و فشار در مایع ها :
وقتی یکی از انگشتان خود را جلوی آبی که از شیلنگ بیرون می آید بگیرید، فشار آب را احساس می کنید.
همچنین وقتی به قسمت عمیق استخری بروید فشار آب را روی بدن و به خصوص پرده گوش خود احساس می کنید.
برای آشنایی با برخی از عوامل مؤثر در فشار مایع ها، ابتدا آزمایش زیر را انجام دهید.
مطابق انیمیشن زیر یک استوانه را در سه جا سوراخ کنید و روی سوراخ ها را با درپوش ببندید و پر از آب کنید .
سپس در پوش ها را هم زمان بردارید و به خروج آب و فشار آب خروجی توجه کنید .
متوجه می شویم که فشار در مایعات به ارتفاع ستون مایع بستگی دارد.
می دانیم فشار در مایعات از رابطه زیر بدست می آید.
در این رابطه p چگالی مایع و g شتاب جاذبه زمین است
و اگر مایع معین باشدچگالی ثابت و شتاب جاذبه هم در تمام نقاط زمین تقریبا ثابت است
پس فشار در یک مایع فقط به ارتفاع بستگی دارد
سطح آزاد مایع:
مطابق شکل زیر از ظروف مرتبطه استفاده کنید .
همان طور که مشاهده می کنید ،فشار مایع در یک عمق مشخص از سطح مایع، بدون توجه به اندازه و شکل ظروف ، یکسان است.
برای بررسی بیشتر این موضوع، ظرف های مرتبط ببینید.
اگر مایعی درون یکی از آنها بریزید، مایع در ظرف های مختلف جریان می یابد
تا اینکه سطح آزاد مایع در تمامی ظروف یکسان شود.
همچنین فشاری که به یک جسم غوطه ور و ارد می شود متناسب با ارتفاع مایع در تمام نقاط ثابت است
اصل پاسکال:
یکی از مهم ترین ویژگی ها درباره فشار مایع ها این است که
اگر بر بخشی از مایع که درون ظرفی محصور است فشار وارد کنیم
این فشار، بدون ضعیف شدن به بخش های دیگر مایع و دیواره های ظرف منتقل می شود.
این ویژگی مایع ها، اصل پاسکال نامیده می شود.
علوم نهم فصل 8 و یک مثال:
درون یک بطری پر از آب چوب پنبه ای با نیروی 10 نیوتن به آب وار می کند
اگر سطح قاعده بطری 500 سانتی کتر باشد نیویی که به سطح قاعده بطری وارد می شود چند نیوتن است ؟
شکل زیر اجزای ترمز هیدرولیکی خودرو را نشان می دهد که بر مبنای اصل پاسکال کار می کند.
وقتی راننده پدال ترمز را فشار می دهد،
این فشار توسط روغن ترمز به پیستون ها، کفشک ها و بالشتک ها ترمز عقب و بالشتک ها به صفحه ای که به چرخ جلو متصل است ، منتقل می شود.
کفشک ها به کاسه نیرو وارد کرده و سرانجام سرعت خودرو کاهش می یابد.
همچنین در تصویر زیر چگونگی عملکرد منگنه آبی را مشاهده می کنید
در اینجا به کمک قوانین فشار با نیروی کم بر مقاومت زیاد غلبه می شود.
فشار در گازها :
برای شما نیز ممکن است بارها اتفاق افتاده باشد
که هرگاه بیش از حد مجاز، هوا را به درون بادکنکی دمیده باشید بادکنک ترکیده باشد.
این تجربه ساده نشان می دهد که گازها نیز مانند مایع ها فشار وارد ٔمی کنند.
همانطور که در تصویر مشخص است میزان فشاری که گاز درون یک ظرف مثل بادکنک به دیواره وارد می کند
به تعداد ذرات گاز و نیروی هر یک از ذرات گاز دارد ،بستگی دارد.
تا زمانی که نیروی درونی بر فشار هوای بیرونی غلبه نکند بادکنک سالم می ماند.
مثلا اگر بادکنک را گرم کنیم جنبش ذرات هوای درون زیاد تر شده و فشار آن زیاد تر می شود و بادکنک می ترکد.
اطراف کره زمین و تا ارتفاع معینی، هوا وجود دارد. شکل زیر ستون فرضی از مولکول های هوا را نشان می دهد.
هرچه از سطح زمین بالاتر رویم فشار هوا کمتر می شود.
با کاهش فشار نقطه جوش آب کم تر می شود با توجه به تصویر نقطه جوش در ارتفاع های مختلف ، متفاوت است
به همین دلیل فشار هوا در مناطق کوهستانی کمتر از فشار هوا در مناطق ساحلی است.
فشار هوا در زندگی روزمره ما اثرهای فراوانی دارد.
برای مثال وقتی می خواهید آبمیوه درون یک لیوان را به کمک نی بنوشید از آثار فشار هوا استفاده می کنید.
آزمایش کنید:
درون یک بطری فلزی نازک آب بریزید و آب را گرم کنید تا به نقطه جوش برسد و بخار از دهانه آن بسرعت بیرون برود .
حال درب بطری را محکم ببندبد و از روی شعله دور کنید و بر روی آن آب سرد بریزید
و مشاهده آنچه اتفاق می افتد را مانند شکل زیر تفسیر کنید.
