2/19/2013

المائع وضغطه Fluid and pressure


المائع وضغطه
المائع وضغطه
   يشغل علم الموائع السكونية حيزاً مهماً في علم الفيزياء وذلك لما يحويه من تطبيقات واسعة في حياتنا مثل صناعة السفن, وبناء السدود, الغواصات, والمضخات المختلفة وأجهزة قياس الضغط.

تعريف المائع :
يتكون المائع من مجموعة من الجزئيات المرتبة عشوائياً وتكون القوى بين الجزيئات ضعيفة, كما أن المائع يتأثر بسهولة بالقوى الخارجية المؤثرة علية من جوانب الإناء الذي يحويه أو من خارج الاناء لذلك لا يكون له شكل محدد.
والأمثلة على الموائع عديدة في حياتنا اليومية, فنحن نتنفس الموائع (الهواء) ونشرب الموائع ( الماء والسوائل الأخرى ) ويجري المائع (الدم) في عروقنا.
الضغط :
إذا وضع جسم في مائع فإن المائع يؤثر بقوة عمودية على سطح الجسم من جميع الجهات, كما يؤثر بقوى عمودية على جدران الإناء أيضاً وإذا كانت القوة المؤثرة عمودياً على سطح الجسم مساحة سطح الجسم فإن الضغط (ض) يعرف على أنه:
" القوة المؤثرة عمودياً على وحدة المساحات "
وحدة قياس الضغط:
وحدة قياس الضغط هي ( نيوتن/ م2) وسميت هذه الوحدة ( باسكال ) نسبة للعالم الفرنسي الشهير. والباسكال وحدة صغيرة جداً لذلك يلزم تعريف مضاعفات للباسكال.

1 بار = 100.000 باسكال = 510 باسكال .
1 ملي بار = 100 باسكال.
قيــاس الضـغـط
أولاً : قياس الضغط الجوي :
يعرّف الضغط الجوي على أنه "وزن عمود الهواء الممتد من سطح الأرض وحتى آخر طبقات الغلاف الجوي والمؤثر على وحدة المساحات" .
ويمكن قياس الضغط الجوي باستخدام :
أ- الباروميتر الزئبقي 


البارومتر الزئبقي
 
    هي أداة تستخدم لقياس الضغط الجوي . والباروميتر هو أنبوب زجاجي طويل مفتوح من أحد الطرفين يملأ بالزئبق ثم ينكّس في حوض فيه زئبق.
وإذا وُضع الباروميتر عند مستوى سطح البحر فإن مستوى الزئبق في الأنبوب سينخفض حتى يصل إرتفاعه ( من مستوى سطح الزئبق في الحوض ) إلى 76 سم . وسيترك فراغاً فوق سطح الزئبق يحوي بخار الزئبق والذي عادة ما يكون ضغطه صغيراً جداً إلى درجة يمكن إهماله . ويسمى هذا الفراغ "فراغ تورشيللي".

فكرة عمل البارومتر الزئبقي
 
سؤال : لماذا يستخدم الزئبق في الأنبوب ؟
جواب : نظراً لعدة أسباب :
1- كثافة الزئبق عالية لذلك يكون ارتفاع عمود الزئبق يساوي ( 76 سم ) في حين أنه إذا استخدم الماء يكون ارتفاع العمود يساوي ( 10 م ) وهذا غير عملي أثناء الإستخدام .
2- درجة غليان الزئبق عالية جداً ولذلك فإن تبخره قليل .
3- قوى التماسك بين ذرات الزئبق أعلى من قوى التلاصق بينه وبين الزجاج لذا تكون القراءة دقيقة في حين أن قوى التماسك بين جزيئات الماء أعلى من قوى التلاصق بينها وبين الزجاج فتكون هناك نسبة خطأ في القراءة .
4- لونه مميز يمكن رؤيته من خلال الزجاج .
والآن ماذا نستطيع أن نقول عن علاقة ضغط النقطة ( أ ) بضغط النقطة ( ب ) ؟؟؟
بما أن النقاط على نفس المستوى الأفقي .
إذاً ض ب = ض أ
النقطة ( ب ) تقع تحت تأثير الضغط الجوي في حين أن النقطة ( أ ) تقع تحت تأثير ضغط 76 سم زئبق .
ض. = ض أ = ل زئبق × ث زئبق × جـ
= 0.76 × (13.6 × 1000) × 9.81
= 101396.16 باسكال
= 1.0139616 بار
وبذلك نستطيع القول أنه يمكن التعبير عن قيم الضغط الجوي بقيم متعددة :
1) ض. = 76 سم زئبق
2) = 760 ملم زئبق
3) = 101400 باسكال
4) = 1.014 بار
يتغير الضغط الجوي تبعاً للإنخفاض أو الإرتفاع عن سطح البحر . هل تستطيع عزيزي الدارس أن تتبيّن متى يزيد الضغط الجوي ومتى يقل ؟؟
ب- الباروميتر المعدني ( باروميتر آرينويد ) 

الباروميتر المعدني ( باروميتر آرينويد )
 
      نظراً لصعوبة التعامل عملياً مع الباروميتر الزئبقي قام العلماء بتصميم الباروميتر المعدني والذي تقل دقته عن الباروميتر الزئبقي . إلا أنه تميز بسهولة قراءته وسهولة حمله .
ويتكون الباروميتر من صندوق معدني مرن الجوانب محكم الغلق يحتوي على هواء بضغط منخفض ، فكلما كان الضغط أعلى تُضغط جوانبه للداخل كما في الشكل وبذلك يتحرك المؤشر مشيراً إلى قيمة الضغط .

فكرة عمل الباروميترالمعدني
 
ملاحظة :
تتم معايرة الباروميتر المعدني باستخدام الباروميتر الزئبقي .