فشارسنج گازي چگونه است؟

ج: براي اندازه گيري فشار مخزن گازي كه فشار آن از فشار هوا بيشتر است، از لوله U شكل ساده اي استفاده مي شود كه درون آن جيوه يا يك مايع رنگي با چگالي( ) ريخته شده است. مطابق شكل مقابل با ورود گاز به شاخه A در اثر فشار آن( P₂) مايع داخل لوله از شاخه ديگر (B ) بالا مي رود. فشار در نقاط A  و  B برابر است، زيرا درون يك مايع و هم سطح هستند. از طرفي  فشار در نقطه B برابر است با مجموع فشارهاي ستون مايع به ارتفاع h  و نيز فشار وارد  از طرف هوا به سطح آزاد مايع، نتيجه مي شود:

به اين ترتيب فقط با اندازه گيري h و داشتن P₀ (فشار هوا در محل) مي توان فشار گاز داخل مخزن(P) را اندازه گيري كرد.

مقدار P-P₀ ( يعني فزوني فشار مخزن نسبت به فشار جو) را فشار پيمانه اي مي نامند. در اندازه گيري فشار خون و يا فشار هواي داخل لاستيكهاي اتومبيل فشار پيمانه اي اندازه گيري مي شود.

مثال: براي اندازه گيري فشار يك كپسول آنرا به يك فشار سنج جيوه اي وصل مي كنيم. ملاحظه مي شود با بازكردن شير كپسول جيوه در شاخه فشارسنج به اندازه 20cm بالا مي رود. در اين صورت فشار گاز چقدر است؟(r=13.5*10³ kg/m³ جيوه و P₁=10⁵Pa فشار هوا)

 

فعاليت 5-24: با استفاده از يك سرنگ و يك لوله باريك قابل خم كردن مانند ني نوشابه يا شيلنگ كولر و.... يك فشارسنج بسازيد. فشار گاز داخل سرنگ را با استفاده از آبي كه داخل لوله مي ريزيد اندازه گيري كنيد.

جواب: آزمايش را مطابق شكل مقابل انجام دهيد. ارتفاع h را اندازه بگيريد و فشار داخل سرنگ را از رابطه  زير بدست آوريد:

آزمايش 5-6:

وسايل لازم: فشار سنج، قيف، پوسته قابل ارتجاع.

به انتهاي يك قيف يك پوسته قابل ارتجاع( مثلاً بادكنك) را مطابق شكل (الف)كتاب وصل كنيد و انتهاي ديگر قيف را مطابق شكل(ب) به فشار سنج متصل كنيد

با وارد كردن قيف در داخل مايع مي توانيد فشار مايع را اندازه گيري كنيد. با انجام اين آزمايش: 1- چگونگي بستگي فشار به عمق  2- يكسان بودن فشار در نقاط هم عمق را تحقيق كنيد. همچنين ، تحقيق كنيد كه آيا فشار در هر نقطه در مايع به جهت گيري پوسته در آن نقطه بستگي دارد يا خير؟

جواب: با انجام آزمايش فوق نتيجه خواهيد گرفت: 1- با افزايش عمق  مايع فشار نيز بيشتر مي شود و برعكس.  2- در نقاط هم عمق فشار يكسان است.  3- در يك نقطه از داخل مايع مقدار فشار به جهت گيري پوسته در آن نقطه بستگي ندارد.

 

س: جوسنج جيوه اي چگونه است؟

ج:  يك جو سنج ساده جيوه اي لوله اي است به طول حدود يك متر كه يك سر آن بسته است. اگر لوله را پر از جيوه كرده و آنرا بطور واژگون و قائم درون يك تشتك جيوه قرار دهيم، مشاهده مي كنيم كه جيوه در لوله پايين مي رود اما در يك ارتفاع معين و ثابت مي ايستد. اين ارتفاع در سطح دريا تقريباً برابر  76cm است. يعني:

76cmHg=يك اتمسفر

ارتفاع ستون جيوه در لوله(h ) معرف فشار هوا در محل است. زيرا در واقع علت پايين نيامدن كامل جيوه در لوله فشاري است كه هوا به سطح جيوه درون تشتك وارد مي سازد.

س: اصل پاسكال چگونه است؟

ج: بر طبق اين اصل، فشار وارد بر مايع محصور، بدون كاهش به تمام قسمتهاي مايع و ديو.اره هاي ظرف منتقل مي شود.

 با وارد كردن نيروي F به قسمتي از مايع در ظرف محصور، نيروي F به شاخه هاي اطراف ظرف منتقل شده و مايع را در آنها بالا مي برد.

از كاربردهاي اصل پاسكال ساختن ترمزهاي روغني خودروها، جك هاي هيدروليك يا روغني، دستگاههاي پرس و غيره مي باشد.

در يك دستگاه بالابر هيدروليكي مطابق شكل رابطه زير برقرار است:

 

F₂ نيرويي است كه براي بالا بردن جسم(اتومبيل) لازم است، F₁ نيروي وارد بر پيستون كوچك، A₁ مساحت سطح مقطع پيستون كوچك و A₂ مساحت سطح مقطع پيستون بزرگ است. بر طبق اين رابطه اگر A₂ خيلي بزرگتر از A₁ باشد، F₂ نيز بايد بسيار بزرگتر از F₁ باشد،در نتيجه مي توان اجسام سنگين را با نيروي كمي بالا برد.

تمرين 5-2: در شكل كتاب درسي دستگاه ترمز اتومبيل نشان داده شده است. توضيح دهيد كه اين دستگاه چگونه عمل مي كند.

جواب: هنگام ترمز يعني فشرده شدن پيستون بزرگ توسط پا، بنا به اصل پاسكال فشار P₁ از طريق روغن داخل سيلندر آن به دو پيستون كوچك متصل به لنت كه در اطراف ديسك قرار دارند منتقل شده و آنها را  روي ديسك با فشار P₂ مي فشارد و مانع ار چرخش آن مي شود. در نتيجه چرخ كه ديسك متصل است از حركت باز مي ماند. نتيجه مي شود:

F₁ نيرويي است كه راننده به پدال ترمز وارد مي كند و F₂ نيرويي است كه از طرف لنتهابر ديسك اثر مي كند. A₁ مساحت سطح استوانه سيلندر روغن زير پدال ترمز(سيلندر بزرگتر) و A₂ مساحت سطح مقطع سيلندرهاي روغن متصل به لنتها مي باشد. هر چقدر اختلاف A₁    و A₂  بيشتر باشد، به همان نسبت F₁ از   F₂ بيشتر مي شود يعني راننده مي تواند با نيروي كمتري كه بر پدال وارد مي كند اتومبيل را متوقف نمايد.

مثال: در يك بالابر هيدروليكي مساحت مقطع پيستون نيرو برابر 50cm²  و مساحت پيستون بزرگ كه جسم بر روي آن قرار دارد10m²  است تعيين كنيد براي بالا بردن جسمي به جرم 1500kg چه نيرويي را بايد با پيستون وارد كنيم؟

جواب:

ملاحظه مي شود نيروي F₁ دو هزار برابر كوچكتر از نيروي F₂ است. به عبارت ديگر دستگاه نيروي وارد بر خود را دوهزار برابر افزايش داده است.