الضغط في الفيزياء

تسنيم الفقيه

تمت الكتابة بواسطة:

تم التدقيق بواسطة: عرين العمر آخر تحديث: ١٥:٠٨ ، ٤ فبراير ٢٠٢١

الضغط في الفيزياء


الضغط-في-الفيزياء/

ما تعريف الضغط في الفيزياء؟

الضغط Pressure، رمزه "P"، يعرف في الفيزياء بأنه قوة مؤثرة على مساحة معينة، وكلما زاد مقدار القوة المؤثرة على نفس مقدار المساحة يزداد الضغط، فإذا وجد سائل محصور في وعاء، فإن جزيئات السائل ستؤثر على جدار الوعاء بالطبع، ولو أن جزيئات السائل ولسبب ما اضطربت حركتها وصارت تتحرك بشكل أعنف فإن القوة التي ستصطدم بها جزيئات السائل بالوعاء ستكون أقوى فيقال ازداد ضغط السائل داخل الوعاء.[١]


يعرف الضغط Pressure في الفيزياء بأنه مقدار معين من القوة التي تؤثر على مساحة معينة، وكلما زاد مقدار القوة المؤثرة على المساحة كلما زاد الضغط، ورمزه "P".


كيف يتم قياس الضغط في الفيزياء؟

يمكن قياس الضغط في الفيزياء بوحدات قياس مختلفة، وفيما يأتي وحدات قياس الضغط:


وحدة الباسكال

يقاس الضغط بوحدة باسكال Pascal، رمزها Pa، وهي تكافئ نيوتن/م2،[٢] سميت نسبةً إلى عالم الرياضيات والفيزياء الفرنسي بليز باسكال، والباسكال هو ضغط مقداره نيوتن واحد لكل متر مربع في وحدات النظام العالمي للوحدات، وتعد الباسكال وحدة صغيرة، لذا فإن الأكثر شيوعًا استخدام الكيلوباسكال kPa وهي تساوي 1000 نيوتن للمتر المربع.[٣]


وحدة البار

يقاس الضغط أيضًا بوحدة بار Bar وهي من الوحدات المترية المستخدمة بكثرة، تم إنشاؤها في عام 1909 م من قبل عالم الأرصاد الجوية البريطاني ويليام نابير شو، وهو ضغط مقداره 10,000 نيوتن لكل متر مربع في نظام الوحدات العالمي، والبار أكبر من الباسكال إذ أن 1 بار = 10,000 باسكال.[٢]


وحدة ال atm

أما وحدة الجو Atmosphere، رمزها atm، فقد جاءت للإشارة إلى ما يدعى بالضغط الجوي، وهو مقدار قوة الهواء المؤثرة على مساحة معينة عند الوقوف على مستوى سطح البحر، على اعتبار القوة هنا هي وزن عمود الهواء، وفي تعريف الضغط الجوي تم الاتفاق على أن الضغط عند سطح البحر هو (1atm)، وهذا يكافئ:

1 وحدة جو = 1.013*105 باسكال.[٢]


1atm = 1.013 bar =1.013*105 Pa [٢]


يوجد وحدات قياس شهيرة ومختلفة للضغط، كلها تعبر عن مقدار القوة المؤثرة على وحدة المساحة، مثل وحدة الباسكال، البار والـ atm، والمعتمدة في النظام العالمي للوحدات هي وحدة الباسكال.


ما هي معادلة الضغط في الفيزياء؟

فيما يأتي قانون حساب الضغط في الفيزياء:[٤]


الضغط = القوة / المساحة

ض=ق/م

P=F/A


حيث إن،

الضغط: يقاس بوحدة باسكال (Pa).

القوة: تقاس بوحدة نيوتن (N).

المساحة: تقاس بوحدة م2 (m2).


يتناسب الضغط كمقدار طرديًا مع القوة المؤثرة، وعكسيًا مع المساحة المتأثرة بتلك القوة.[٤]


أمثلة على حساب الضغط في الفيزياء

فيما يأتي بعض الأمثلة التطبيقية على حساب الضغط حساب في الفيزياء:[٥]

  • مثال1:

حقيبة وزنها 0.3 كغ تشغل مساحة مقدارها 1.5م2 ، فما مقدار الضغط الذي تؤثر به الحقيبة على تلك المساحة؟


الحل:


ض= ق/م


أولًا لا بد من حساب القوة بوحدة نيوتن:

القوة=الوزن *تسارع الجاذبية الأرضية

حيث إن الوزن بوحدة: كغ، تسارع الجاذبية الأرضية ثابت =9.81 بوحدة م/ث2

القوة = 0.3 * 9.81 = 2.9 نيوتن

ثم نحسب الضغط باستخدام قانون الضغط:

الضغط= 2.9 نيوتن / 1.5 م2

الضغط= 1.93 باسكال


  • مثال2 :

عند التأثير بقوة مقدارها 3 نيوتن على مساحة مقدارها 0.5 م2 فما مقدار الضغط المؤثر على تلك المساحة؟


الحل:

ض= ق/م

نطبق مباشرة على قانون الضغط:

الضغط= 3نيوتن/ 0.5 م2

الضغط=6 باسكال


يتأثر الضغط بعاملين مباشرين هما مقدار القوة المؤثرة عليه والمساحة التي تؤثر عليها هذه القوة، ويمكن حساب الضغط من خلال العلاقة، الضغط= القوة/المساحة.


ما هو ضغط الموائع؟

الموائع Fluids هي المواد التي لو تم وضعها في وعاء فإنها ستتخذ شكله، وهذا ينطبق على السوائل والغازات على حدٍ سواء.[٦]


ضغط الغازات

ضغط الغاز (Gas pressure) هو مقدار القوة التي يؤثر بها الغاز على مساحة معينة، والمساحة هي جدران الوعاء الذي تؤثر عليه جزيئات الغاز، ولولا وجود ضغط الغاز لما استطاع الغاز داخل إطار السيارة أن يؤثر بقوة على الإطار ويبقيه منتفخًا، ومن المعلوم أن الغاز ينتقل من الضغط المرتفع إلى المنخفض ولهذا فقد ظهرت تطبيقات عدة تعتمد على هذه الخاصية حيث تستخدم في محركات آلات المصانع وعلب الرش وطفايات الحريق.[٧]


ويوضح قانون بويل العلاقة بين ضغط الغاز وحجمه كالآتي: [٨]


الضغط*الحجم=ثابت

PV=k

وهذا يعني أن العلاقة بين ضغط الغاز وحجمه هي علاقة عكسية عند درجة حرارة معينة.[٨]


ضغط السوائل

ضغط السائل (Liquid pressure) هو مقدار القوة التي يؤثر بها السائل على مساحة معينة، والمساحة هي جدران الوعاء الذي يؤثر عليه السائل، وضغط السائل يعمل على ضخ الدم في جسم الإنسان،[٩] كما يدخل مفهوم ضغط السوائل في العديد من التطبيقات المتعلقة بالتمديدات الصحية والصنابير في المنازل.[١٠]


الموائع تؤثر بقوة على جدران الأوعية التي توضع فيها مما يولد بدوره ضغطًا على جدران الوعاء، وهذا الضغط له أهمية كبيرة في مجالات كثيرة.


ما أبرز تطبيقات الضغط في الفيزياء

الضغط مفهوم واسع يدخل في العديد من التطبيقات، وفي عدة مجالات لا يمكن حصرها، وفيما يأتي ذكرأبرز تطبيقات الضغط:


تطبيقات صناعية على الضغط

يستخدم مفهوم الضغط في المجال الصناعي بشكلٍ واسع، وفيما يأتي بعض الأمثلة على ذلك:


تطبيقات طبية على الضغط

للضغط أهمية بالغة في عالم الطب ومن ذلك ما يأتي:

  • يستخدم الضغط العالي في الدراسات المتعلقة بالفيروسات واللقاحات بغرض التعقيم. [١٤]
  • تستخدم قوانين الضغط لمعرفة تأثير زيادة الارتفاع أو الأماكن المغلقة على الغازات الموجودة في جسم الإنسان.[١٥]
  • يقدم مفهوم الضغط الفزيائي تفسير لمرض تخفيف الضغط أو داء الغواص، وكيفية تجنبه.[١٦]
  • ضخ الدم من القلب إلى جميع أنحاء الجسم.[١٧]


تطبيقات في الحياة اليومية على الضغط

يدخل مفهوم الضغط بشكل واسع في حياتنا اليومية، ومن ذلك ما يأتي:[١٨]

  • إطارات السيارات تنفخ بالغازات لتسهيل حركة المركبات.
  • نظام التدفئة في المنازل.
  • علم الأرصاد الجوية، من خلال العلاقة بين الضغط الجوي ودرجة الحرارة، وما يحدث عندما يلتقي نظام الضغط المنخفض بنظام الضغط العالي، يتنبأ خبراء الأرصاد الجوية بدرجات الحرارة والرياح في مناطق مختلفة.


لا يقتصر الضغط على المفهوم العلمي وإنما له أهمية تطبيقية في مختلف المجالات، حيث يدخل في التطبيقات الطبية، الصناعية وفي الحياة اليومية.

المراجع[+]

  1. ↑ "Pressure (Physics): Definition, Units, Formula & Examples", sciencing, Retrieved 31/1/2021. Edited.
  2. ^ أ ب ت ث "Pressure Definition, Units, and Examples", thoughtco. Edited.
  3. ↑ "Pascal", britannica, Retrieved 31/1/2021. Edited.
  4. ^ أ ب "Gas Pressure", chem.libretexts. Edited.
  5. ↑ "Pressure", chem.libretexts. Edited.
  6. ↑ "FLUID MECHANICS", encyclopedia. Edited.
  7. ↑ "What Causes Gas Pressure?", sciencing. Edited.
  8. ^ أ ب "9.7: Boyle's Law", chem.libretexts, Retrieved 2/2/2021. Edited.
  9. ↑ "How to Calculate Pressure in a Tank", sciencing, Retrieved 2/2/2021. Edited.
  10. ↑ "Difference Between Water Pressure & Air Pressure", sciencing. Edited.
  11. ↑ "Power plants (power stations)", explainthatstuff. Edited.
  12. ↑ "https://www.explainthatstuff.com/steam-turbines.html", explainthatstuff. Edited.
  13. ↑ "New Applications for Pressure Measurement Technologies", blog.isa. Edited.
  14. ↑ "High-pressure applications in medicine and pharmacology", semanticscholar. Edited.
  15. ↑ "Gas Laws and Clinical Application", ncbi.nlm.nih. Edited.
  16. ↑ "Gas Laws and Clinical Application", ncbi.nlm.nih. Edited.
  17. ↑ "Pressure (Physics): Definition, Units, Formula & Examples", sciencing. Edited.
  18. ↑ "Pressure (Physics): Definition, Units, Formula & Examples", sciencing. Edited.