تحقیق مقاله فشار

آیا میدانید پاشنه نوک تیز کفش به کف اتاق آسیب میرساند ؟

آیا میدانید چرا کفش اسکی در برف سر نمیخورد ؟

آیا تا به حال با کفش ورزشی میخ دار روی برف راه رفته اید ؟

آیا تابه حال از خود پرسیدهاید که چرا جاقو دست را میبرد ؟

چرا کفش معمولی به زمین آسیب نمیرساند ؟

اینها همه پدیدههایی هستند که مفهوم فشار در آنها نهفته است وبه نوعی آن را بیان میکنند.

تعریف فشار:

فشار عبارتست از نیروی وارده بر واحد سطح که با علامت اختصاری p نشان میدهند. این کمیت در گازها نقش عمده را ایفا میکند زیرا یکی از کمیات مشخصه گاز میباشد، از این رو بیشتر قوانین فشار در گازها نهفته شده و به دست آوردن معادله حالت گاز به کار برده میشود.

مفهوم فشار:

اثر نیرو بر روی یک سطح بستگی دارد که نیرو چگونه اعمال شود. شخصی که کفش ورزشی میخ دار پوشیده. میخ کفشهایش در زمین فرو میرود در صورتیکه کفش معمولی بر زمین آسیب نمیرساند. نکته قابل توجه این است که در هر دو مورد نیرویی که بر سطح وارد میشود یکسان بوده و همان نیروی وزن اوست. اختلاف میان این دو حالت در این است که کفش ورزشی نیرو را بر سطح کوچکی وارد میکند.

میخ کفشها مقدار نیروی کل را تغییر نمیدهد ، بلکه نیرو بر واحد سطح را به شدت افزایش میدهد. که کمیت نیروی وارد بر واحد سطح نیز فشار نام دارد. به زبان ریاضی فشار بصورت زیر بیان میشود:

P=F/A که در آن P فشار ، F نیرو و A سطح مقطع اثر نیرو میباشد.

اسکیبازان موقع اسکی کفش اسکی میپوشند زیرا دارای سطح مقطع بزرگتری است و فشار وارد بر سطح را کاهش میدهد.

چاقو به خاطر سطح مقطع بسیار کوچک تماس با اجسام (مثلا دست) در اثر اعمال مقدار نیروی هر چند ناچیز ، نیروی واحد سطح (فشار) بزرگتری را ایجاد کرده و سبب برش اجسام میشود.

یکای فشار:

فشاربا یکاهای مختلفی بیان میشود. یکای استاندارد ما در دستگاه SI پاسکال میباشد که برابر(1Pa=1N/m2) میباشد. یک پاسکال برابر مقدار یک نیوتن نیروست که بر یک متر مربع سطح جسمی وارد میگردد. بهترین یکایی که میتواند مرجعی برای سایر یکاها به کار برده شود اتمسفر یا جو (Atmospher ) است که به صورت فشار متوسط هوا در سطح دریا تعریف میشود.

چون پاسکال یکای کوچکی برای فشار است معمولا از کیلو پاسکال(kpa) که برابر 1000 پاسکال است، استفاده میکنند. هر جو تقریبا برابر 100 kpa است. هواشناسان ازواحد میلی بار استفاده میکنند که برابر یک دهم پاسکال است. از سایر واحدهای فشار میتوان دین بر سانتیمتر مربع (dyn/cm2) یا torr را نام برد.

چون در اندازه گیری فشار در لوله U شکل از طول سنجی مایع جیوه به فشار سنجی پی می برند، واحد سانتیمتر جیوه (cmHg) نیز برای کمیت فشار به غلط مرسوم شده است.

نحوه اندازه گیری فشار:

فشار را به کمک دستگاههای فشار سنج اندازه میگیرند عمدهترین فشار سنجها که بر حسب مکانیزم کارشناسان نام گذاری شده است عبارتند از:

فشارسنج لوله U شکل

فشار سنج مکلئود

فشار سنج جیوهای

فشار سنج ترموکوپل

فشارسنج صوتی

فشار سنج خازنی

فشارسنج گازایدهآل

ساده ترین و معروترین آنها فشار سنج لوله U شکل است که در آن مقداری جیوه در لوله U شکل ریخته شده و میزان اختلاف فشار محیط (هواکه برابر p0 است) و ماده د اخل فشارسنج که بر مایع جیوه فشار وارد میکند ازطریق اختلاف ارتفاع ستون مایع جیوه اندازه گیری میشود. بنابراین از این طریق فشار واقعی را میتوانیم به دست آوریم: « P=P0+ρg(h-h0)

در رابطه اخیر P فشار و ρ چگالی ماده و P0 فشار اتمسفر ، h0 ارتفاع ستون مایع در فشار اتمسفر ، g شتاب جاذبه وh ارتفاع ستون مایع در فشار ماده میباشد.

 آشنایی با فشار هوا :

فشار هوا نیرویی است که هوا بر یک واحد از سطح زمین وارد می کند و مقدار آن در سطح دریای آزاد، برابر است با وزن ستونی از جیوه به ارتفاع 76 سانتیمتر. واحد اندازه گیری فشار هوا در آب و هواشناسی میلی بار یا هکتوپاسکال می باشد؛ هر میلی بار یا هکتوپاسکال برابر با 1000 دین بر سانتی متر مربع می باشد فشار ستون هوا در سطح دریای آزاد 1013 هکتوپاسکال بر سانتی متر مربع می باشد.

از آنجا که تراکم هوا با ارتفاع کاهش می یابد، با افزایش ارتفاع فشار هوا نیز کم می شود، اما تغییر فشار برحسب ارتفاع چندان منظم نیست؛ به طور کلی تا ارتفاع 1500 متری سطح زمین به ازای هر 100 متر افزایش ارتفاع، فشار هوا حدود 12 هکتوپاسکال کم می شود. پراکندگی افقی فشار اتمسفر را با استفاده از خطوط هم فشار به صورت سطح هم فشار نشان می دهند. خط هم فشار خطی است که تمام نقاط با فشار یکسان را به هم مربوط می کند. نقشه های هم فشار برای سطوح مختلف اتمسفر تهیه می شود.

پراکندگی فشار در سطح زمین :

تکرار حالتهای لحظه ای هوا در دراز مدت در پراکندگی فشار، الگویی میانگین را نشان می دهد که کمابیش انعکاس تاثیرهای گردش عمومی جو است، در نقشه های میانگین فشار نمود های زودگذر و نادر دیده نمی شود و در مقابل نمود های عمده و غالب چه در مقیاس محلی و چه در مقیاس جهانی جلوه می کنند؛ بنابراین مطالعه نقشه های میانگین فشار اگر چه در کاربرد موضعی یا کوتاه مدت چندان کارآمد نیست اما برای شناخت نمود های عمده و غالب گردش عمومی هوا مهم است.

مراکز عمده فشار در سطح زمین به تبعیت از سیستم نصف النهاری گردش عمومی هوا، از استوا تا قطب به صورت کمربندهای مداری متناوبی جلوه می کند؛ اما وضعیت خشکی و دریا در نیمکره شمالی این منظم را به هم می زند و مراکز یاد شده را به صورت سلولهای جدا از هم در می آورد.

نتیجه گردش عمومی هوا در دراز مدت، وجود کمربندهای کم فشار در استوا، پر فشار در منطقه جنب حاره کم فشار در منطقه معتدله و احتمالا در منطقه قطبی است.

ولین بار در قرن هفدهم «توریچلی» ثابت نمود که هوا دارای وزن است و با اعلام وزن و فشار هوا فشارسنج جیوه‌ای خود را در سال هزار و ششصد چهل دو اختراع نمود.

واحد فشار هوا :

امروزه متداول ترین واحد مورد استعمال در مورد فشار اتمسفر میلی بار است فشار آتمسفر در 45 درجه عرض جغرافیایی و در هوای صفر درجه و در ارتفاع سطح دریا فشار بهنجار (Normalpressure) نامیده می‌شود و میزان آن برابر هزار و سیزده میلی بار (هفصد و شصد میلی‌متر جیوه و دو بیست و نه صدم اینچ ستون جیوه) می‌باشد فشارهای بیشتر از این را فشار زیاد و فشار کمتر را فشار کم می‌گویند.

تغییرات قائم فشار جو : فشار جو با افزایش ارتفاع کاهش یافته و در ارتفاع پنج هزار متری به میزان نصف فشار سطح دریا می‌رسد.

فشار اتمسفر به نسبت ارتفاع از سطح زمین کم می‌شود ولی هیچ‌گونه رابطه ساده‌ایی بین تغییرات فشار و ارتفاع وجود ندارد. به طور تقریبی می‌توان گفت که فشار هوا در هر دویست و پنجاه و هفت متر ارتفاع به نسبت تصاعد هندسی با قدرمطلق یک‌ سی‌ام کاهش می‌یابد. بدین ترتیب فشار جو در ارتفاع دویست و پنجاه و هفت متری بالای زمین بیست‌ونه‌ سی‌ام فشار در سطح دریا و در ارتفاع پانصدوپنجاه متری بیست و هشت سی‌ام فشار در ارتفاع دویست وهفتاد وپنج متری است.