حل مسئله فشار

در مبحث قبل در خصوص فشار و فرمول آن توضیحاتی را ارایه نمودیم. در این بخش می خواهیم به حل مسئله ایی در  این ارتباط و توضیح آن بپردازیم. با ما همراه باشید.

فرض كنید فشار وارد بر پشت دست یك شناگر برابر 1/2 * 10⁵ Pa باشد. چنین فشاری در كف استخر ٢m وجود دارد. مساحت پشت دست حدود 8/4 * 10^-3 m² است.

الف) نیروی وارد بر آن را حساب كنید.

ب) در مورد جهت نیرو بحث كنید.

راهنمایی و حل:

الف):  

فشار 1/2 * 10⁵Pa برابر 1/2 * 10⁵ N/_m² است و به كمك تعریف فشار می‌توان مقدار نیرو را محاسبه نمود:

ب) :

در شكل فوق دست به موازات كف استخر است از آن جا كه نیروی حاصل از فشار عمود بر سطح است، بنابراین جهت نیروی F به سمت پایین شكل است. این نیرو در حال تعادل با نیروی دیگر كه به دست وارد گشته و رو به بالاست، می‌باشد. بنابراین دست در حال تعادل است.

اگر دست به اندازه 90 درجه بچرخد این نیرو نیز 90 درجه دوران خواهد نمود و همواره عمود بر دست است لزومی ندارد كه یك فرد در زیر آب باشد تا تحت فشار قرار گیرد.

هنگامی كه روی زمین راه می‌رویم، در زیر جو زمین (كه یك نوع سیال است) قرار گرفته‌ایم و فشاری همانند آب استخر به بدن ما وارد می‌گردد. همان طور كه شكل زیر نشان می‌دهد، به مقدار كافی هوا در جو وجود دارد كه بتواند فشاری برابر مقدار زیر را در سطح دریا به وجود آورد:

1/013 * 10⁵Pa = 1atm =فشار جو در سطح دریا

این مقدار فشار به عنوان یك اتمسفر (atm) شناخته می‌شود. یك اتمسفر فشار قابل توجه‌ای است.

به شكل های زیر توجه كنید. بر اثر خارج شدن هوای داخل یك ظرف بنزین، دیگر هوایی داخل ظرف وجود ندارد كه جداره ظرف را به بیرون براند. بنابراین نیروی وارد از خارج به اندازه كافی قوی است كه بتواند آن را مچاله كند.

در فیلم های زیر تخلیه هوا از چند طرف را می بینید.

برای مشاهده فیلم شماره ٢ کلیک کنید.

شكل سمت چپ یكی از روش هایی كه از فشار سیال استفاده می‌شود را نشان می‌دهد. در معادن سنگ آهك كارگران سنگ‌ها را به صورت لایه‌ای برش می‌زنند و در بین آن ها كیسه‌های هوا قرار می‌دهند.

سپس به كمك پمپ‌های هوا، فشار هوای داخل كیسه‌ها افزایش یافته و بر اثر آن نیروی خیلی زیادی تولید می‌گردد كه باعث جدا شدن لایه‌های سنگ معدن می‌شود.

از طرف دیگر، مواردی وجود دارد كه لازم است فشار كاهش یابد به عنوان مثال، سیاه گوش به راحتی می‌تواند بر روی برف شكار كند زیرا پنجه‌های بزرگی دارد.

پنجه بزرگ همانند كفش اسكی عمل می‌كند و باعث پخش شدن وزن بر روی سطح بزرگ تری می‌گردد. بنابراین نیروی وارد بر واحد سطح یا فشار كه توسط گربه بر روی سطح وارد می‌شود كاهش یافته و به وی كمك می‌كند كه در برف فرو نرود.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی

تنظیم:‌ مریم فروزان کیا