فشار چیست؟ چگونه مسایل فشار در فیزیک و کنکور حل کنیم؟

فشار چیست؟ چگونه مسایل فشار را در فیزیک و کنکور حل کنیم؟

مفهوم فشار:

فشار نیرویی است که یک جسم به سطح زیرین خود وارد می کند. منظور از سطح زیرین مساحت تماسی است که جسم با سطح زیرخود دارد.

پس دو عامل در محاسبه آن مهم هستند: F (رابطه مستقیم) و A (رابطه عکس).

هر چه مساحت سطحی که نیرو به آن وارد می‌شود کوچک ‌تر باشد، میزان فشار وارد بر سطح بیشتر است. همچنین با ثابت بودن مساحت هر چه جسم نیروی بیشتری به سطح وارد کنید فشار افزایش می یابد.

نماد فشار P؛ کلمه Pressure و واحد آن پاسکال (pa) است. در فرمول فشار هنگامی که نیرو را بر سطح تقسیم می‌کنیم واحد نیوتون بر متر مربع به دست می آید.

بلز پاسکال (به فرانسوی Blaise Pascal) کسی بود که بر روی مبحث فشار بسیار کار کرد. برای زنده نگه داشتن نام او واحد فشار پاسکال نام گرفت.

یکاهای فشار:

 برای فشار واحدهای فرعی زیادی داریم. بار (bar) ، اتمسفر (atm)، سانتی متر جیوه (cmHg)، میلی متر جیوه(mmHg) و… 

واحد SI فشار 

پاسکال، واحد اندازه گیری فشار در دستگاه بین المللی یکاها است. یک پاسکال، فشار ناشی از نیروی یک نیوتون بر سطحی با مساحت یک متر مربع می باشد.

واحدهای فرعی فشار 

بار واحد اندازه گیری در هواشناسی است. یک بار معادل صد کیلو پاسکال است.

اتمسفر نیز از واحدهای متداول در فشار است. یک اتمسفر تقریباً ۱۰۰۰۰۰ پاسکال می باشد. در واقع اگر ستون آبی به ارتفاع ۱۰ متر داشته باشیم یک اتمسفر فشار داریم.

میلی مترجیوه. فشار هوا در فشارسنج توریچلی یا همان فشار سنج جیوه معادل ارتفاع ستون جیوه درون لوله است. 

مثلاً اگر ۷۶۰ میلی متر جیوه درون لوله باشد، می‌گوییم فشار هوا ۷۶۰ میلیمتر جیوه است. به افتخار آقای توریچلی فیزیکدان و ریاضیدان ایتالیایی نام دیگر میلی متر جیوه torr می باشد.

یکی از سایتهایی که با کمک نرم افزار مجازی به شما برای تبدیل این واحدها کمک میکنه سایت با حساب هست. در این سایت انواع واحدهای مختلف فشار برای تبدیل به یکدیگر آماده هستند.

فراموش نکنید که فشار کمیتی نرده ای هست و نمیتونیم رسم کنیم

 فرمول‌های مسائل فشار:

فشار در جامدات:

همانطور که اشاره شد فشار، نیروی جسم جامد بر سطح زیر خود است.

فرمول فشار در جامدات در صورتی که نیروی خارجی دیگری به جز وزن و نیروی عمودی سطح بر جسم وارد نشود،این نیرو همان وزن جسم است.

فشار

مسایل مربوط به فشار در جامدات بسیار زیاد هستند. اگر تنها ترفند های لازم برای آن را بدانید به راحتی حل خواهند شد. در آینده انواع سوالات لازم را قرار خواهیم داد.

فشار در سیالات (مایع ها و گازها):

اول بذارید معنی تیتر رو بگم. یعنی وقتی یک ظرف حاوی سیال داریم فشار در هر جای ظرف از طرف سیال چه مقدار میشه.

در مورد جامد چی گفتیم؟ هر نیرویی به سطح زیرین خود وارد کنه. در مورد سیالات نه فقط سطح زیرین، تمامی قسمتهای ظرف رو شامل میشه.

در شکل زیر و اثبات بعد از اون این مفهوم بهتر براتون جا می افته. البته ما فقط خود فرمول نهایی رو به کار میبندیم. ولی دانستن روند اثبات به تحکیم علمتون کمک می‌کنه.

 

فشار در مایعات

می دانیم

هر جسم درون یک اشاره از تمام قسمتها به آن نیرو وارد می شود. نیروهایی که از سمت راست و چپ به این استوانه وارد می شوند با یکدیگر برابرند(شکل a). علت هم اینه که نیروی خارجی دیگری نداریم به جز نیروی شاره بر استوانه. 

اما در قسمت بالایی و پایینی استوانه نیرو های متفاوتی وارد می شوند(شکل b) . علت، وجود نیروی وزن وارد بر استوانه است. چون استوانه حرکت ندارد در واقع شتاب ان صفر است. نیروهای رو به بالا به پایین با یکدیگر باید برابر باشند.

اثبات فرمول فشار در مایعات

برای اثبات فرمول فشار مایعات، ۲ نقطه درون مایع در نظر می‌گیریم که فاصله آنها از هم h باشد.

همچنین فضای بین دونقطه را مکعب مستطیل یا استوانه ای از مایع در نظر می‌گیریم.

 از سمت بالا تنها نیروی شاره بر استوانه وارد می شود و از سمت پایین 2 نیروی شاره و نیروی وزن.  چون شتاب نداریم این نیروها با هم متوازن هستند. در زیر اثبات فرمول نهاییی را می‌بینید.

اثبات فرمول فشار

 

همانطور که مشاهده می کنید با جایگذاری فرمول فشار، جرم و حجم توانستیم به فرمول نهایی زیر برسیم.

فرمول فشار درمایعات

نکته مهم در حل این سوالات این است بتوانیم داده های مسئله را به درستی در جای خود قرار دهیم. این رابطه فشار در نقاط پایینی بیشتر از فشار در نقاط بالاتر از خود است.

علت وجود ارتفاع در فرمول هرچه از سطح آزاد مایع پایین تر باشیم فشار افزایش می یابد. مرز بین مایع و هوا سطح آزاد مایع نام دارد.

فشار به ارتفاع ستون جیوه بستگی دارد

این نکته را حتما در استخر تجربه کرده اید. هر چه از سطح آب پایین تر برویم، مقدار آب بالای سر ما بیشتر می شود و در نتیجه فشاری که بر ما وارد می شود افزایش می یابد.

 

انواع سوالات فشار:

در زمینه فشار سوالات متنوعی داریم. فشار مطلق، فشار پیمانه ای، فشار هوا، فشار جسم جامد بر سطح زیر خود، نیروی وارد بر ظرف از طرف جسم، اصل پاسکال، اصل ارشمیدس، اصل برنولی و معادله پیوستگی از جمله سوالات مهم در زمینه این فشار هستند در فایلی که اخیراً در این مقاله قرار خواهم داد.

 

نمی‌خواهید بدانید؟ چگونه برای فیزیک مطالعه کنیم؟ 70 درصد فیزیک کنکور در 5 هفته با این مباحث تست خیز

1 دیدگاه برای “فشار چیست؟ چگونه مسایل فشار در فیزیک و کنکور حل کنیم؟

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *