اصل همترازي در مايعات

س: اصل همترازي در مايعات چگونه است؟

ج: در ظرفهاي به هم پيوسته، سطح هاي آزاد مايع ساكن در يك ترازقرار دارند. مثلاً در شكل زير به دليل ساكن بودن مايع، فشار در ته همه لوله ها يكسان است. زيرا در غير اين صورت مايع به جريان در مي آيد. از طرفي براي آنكه فشار در ته همه ظرفها برابر باشدبايد ارتفاع يكساني  از مايع در هر كدام وجود داشته باشد. اين امر موجب هم ترازي سطح آزاد مايع در ظرفهاي به هم پيوسته مي شود. نتيجه مهم اين  پديده آن است كه فشار در يك مايع تنها به ارتفاع مايع بستگي دارد و تابع مساحت شكل مقطع ظرف آن نيست.

 

رابطه بين دو مايع با ارتفاع و چگالي هاي مختلف ولي فشار برابر:

P₁=P₂

r₁gh₁₌r₂gh   --> r₁h₁=r₂h₂

س :فشار76 CmHg  معادل با فشار چه ارتفاعي از آب است?

جيوه P=76 Cm Hg --> نكته : h= 76 Cm

جيوه r = 13.5*10³ kg/m³

آب r = 10³ kg / m³

جيوه P= آب P

r _جيوهgh=r _آب gh  ==> r _جيوهh=r _آب h  ==>13.5*10³ *76 = 10³ *h  ==> _آب   h=1024 cm

مايعات با چگالي هاي مختلف:

در شكل زير رابطه بين چگالي و ارتفاع مواد را مشخص كنيد. و نسبت  را بدست آوريد؟ مطلوبست نسبت r₁/r₃ .

 فشار در نقاط A و B يكسان است.

 PA=PB

P₀ فشار هوا است.

 P₀+r₁gh₁=P_o+r₃gh₃

r₁gh₁=r₃gh₃

r₁h₁=r₃h₃

r₁ *20 =r₃ * 7 ==> r₁/r₃=7/20

 

 

فشار هوا:

س: فشار هوا چگونه است؟

ج: مي دانيد اطراف زمين را اقيانوسي از هوا فرا گرفته است كه اتمسفر يا جو ناميده مي شود. اين توده عظيم هوا به علت وزني كه دارد بر سطح زمين و هر چه روي آن است فشار وارد مي كند. فشار هوا در سطح دريا تقريباً برابر 10⁵Pa است( مقدار دقيقتر  ) كه اين مقدار را يك جو يا اتمسفر نيز مي نامند.

 

Eتذكر: 1- مقدار فشار هوا معلوم مي كند كه بر هر متر مربع از سطح زمين نيرويي 10⁵N از طرف جو وارد مي شود:                   

2- اگر سطح بدن يك انسان بالغ بطور متوسط 2m² باشد، نيروي   از طرف هوا بر بدن ما وارد مي شود كه معادل 10N بر هر سانتي متر مربع است.

3-هر چه از سطح زمين به طرف بالا رويم، به علت كم شدن ضخامت يا ارتفاع جو، فشار هوا كمتر مي شود. به طوري كه تا ارتفاع 2000متر از يطح زمين فشار هوا تقريباً به ازاي هر 10 متر 1ميلي متر جيوه كاهش مي يابد.

آزمايش 5-5:

وسايل لازم: يك لوله آزمايش بلند( در حدود يك متر) يك ظرف حاوي جيوه.

آزمايش (5-) همان آزمايش‌‌‌(5-4) است كه با جيوه و يك لوله آزمايش بلند انجام شده است. در اين آزمايش نيز جيوه درون لوله آزمايش وارونه باقي مي ماند. ولي بر خلاف آزمايش (5-4) كه در آن آب تمام ليوان وارونه را پر مي كرد در اين جا قسمتي از بالاي لوله وارونه خالي مي ماند. چون در حين آزمايش مانع وارد شدن هوا به اخل لوله آزمايش شده ايم در اين قسمت خلاء خواهيم داشت. اگر اين آزمايش در سطح درياي آزاد انجام شود ارتفاع ستون جيوه 76سانتي متر خواهد شد. اگر آزمايش در محلي كه بالاتر از سطح درياي آزاد قرار دارد انجام شود ارتفاع ستون كمتر خواهد شد.

جواب: در صورت وجود جيوه به اندازه كافي، آزمايش را انجام دهيد. براي سهولت  آزمايش مي توانيد ابتدا لوله را به آرامي و دقت  پر از جيوه بكنيد طوي كه حباب هوا در داخل آن نماند. سپس انگشت خود را روي انتهاي باز لوله  بگذاريد و به آرامي آنرا بطور وارونه در داخل ظرف  جيوه قرار دهيد. بعد انگشت خود را دور كنيد و لوله را قائم نگه داريد.

 

س: فشار گازها چگونه است؟

ج: در گازها به علت برخورد مداوم مولكولهاي گاز به جداره ظرف، فشار ايجاد مي شود و هر چقدر دماي گاز بيشتر باشد، انرژي جنبشي مولكولهاي گاز نيز بيشتر شده و فشار آن افزايش پيدا مي كند.

فعاليت 5-22: آيا آزمايش (5-5) را مي توان با آب انجام داد و فشار هوا را تعيين كرد؟

جواب:  اگر لوله اي به حد كافي بلند داشته باشيم، مي توانيم آزمايش فوق را با آب انجام دهيم. در اين صورت ارتفاع آب در لولع حدود ده متر خواهد بود. زيرا ارتفاع ستوني از آب كه معادل فشار ارتفاع 76متر جيوه باشد برابر است با:

فعاليت5-23: با دست خود خروجي يك تلمبه براي باد كردن چرخ دوچرخه را مسدود كنيد و هواي داخل آن را فشرده كنيد. فشار گاز داخل تلمبه را تخمين بزنيد.

جواب: اگر بتوانيد، دسته تلمبه را به آرامي تا نصف پايين ببريد، يعني حجم هواي داخل آنرا متراكم كنيد، فشار هواي درون تقريباً دو برابر فشار جو خواهد بود.