قانون قياس الضغط

يمكن تعريف الضغط (بالإنجليزية: Pressure) بأنه مقدار القوة المبذولة على مساحة معينة، كما يمكنه تعريفه بأنه النسبة بين القوة المبذولة والمساحة التي يتم بذل القوة عليها، ويمكن التعبير عن الضغط من خلال القانون الآتي:[١]


الضغط = القوة /المساحة


ويقاس الضغط بوحدة الباسكال وفق النظام العالمي للوحدات، والتي تعادل 1 باسكال = 1 نيوتن/متر مربع،[١] ولزيادة قيمة الضغط عليك إما ممارسة قوة كبيرة، أو ممارسة قوة على مساحة صغيرة، أو القيام بكلا الأمرين معاً،[٢] فمثلاً لو كان هناك صندوقان يقعان على سطح ما، وزن كل منهما 100 نيوتن، وكانت مساحة سطح الأول المتلامسة مع السطح هي 0.1م2، أما مساحة الصندوق الثاني فكانت 0.01 م2، فإن الضغط المؤثر من قبل الصندوق الأول على الأرض هو: 100/0.1 = 1000 باسكال، أما الضغط المؤثر من قبل الصندوق الثاني فهو: 100/0.01 = 10000 باسكال، على الرغم من تماثل وزنهما، فكلما قلت المساحة التي تؤثر عليها القوة زاد الضغط، وعكس ذلك صحيح أيضاً.[٣]

قانون حساب ضغط السوائل والغازات

يمكن للأسطح الصلبة أن تمارس ضغطاً، وكذلك الحال بالنسبة للسوائل أو الغازات؛ فالجسم المغمور في الماء يتعرض لضغط عليه بسبب الماء الذي فوقه، وكلما ازداد العمق زاد الماء الذي يعلوه، وبالتالي ازداد الضغط المؤثر عليه، وبشكل مماثل يمارس الغلاف الجوي للأرض ضغطاً على الأجسام فيه، ولكن الإنسان لا يلاحظه بسبب اعتياده عليه، ولكن يمكن له ملاحظة وجوده عند حدوث تغير فيه عند الطيران في الطائرة أو السباحة تحت الماء، ولتحديد الضغط الذي يمارس المائع على الأجسام المغمورة فيه يمكنك تطبيق القانون الآتي:[٤]


  • ضغط المائع = كثافة المائع × تسارع الجاذبية الأرضية × عمق الجسم في المائع، وبالرموز: P = ρ.g.h؛ حيث:[٤]
  • P: ضغط المائع.
  • ρ: كثافة المائع.
  • g: تسارع الجاذبيّة الأرضيّة، ويساوي 9.8م/ث2.
  • h: عمق الجسم في المائع.


يمكن كذلك حساب قيمة الضغط الكليّ (P ​total) المتشكّل على جسمٍ ما مغمور فيه عبر تطبيق المعادلة الآتية:

  • الضغط الكلي = ضغط المائع + الضغط الجوي، وبالرموز: P ​total​​ = ρ.g.h + ​Patm، حيث:[٤]
  • P: ضغط المائع.
  • ρ: كثافة المائع.
  • g: تسارع الجاذبيّة الأرضيّة، ويساوي 9.8م/ث2.
  • h: عمق الجسم في المائع.
  • P atm: قيمة الضغط الجويّ.


أمثلة حول حساب الضغط


السؤال:

إذا كان هناك كرسي كتلته 7.2 كغ يقف على أربعة أقدام على الأرض، فإذا كانت قدم الكرسي من الأسفل دائرية الشكل نصف قطرها 1.3 سم، جد الضغط بوحدة الباسكال بين قدم الكرسي والأرض على اعتبار أن وزن الكرسي يتوزع بانتظام على أقدامه الأربع.[٤]

الحل:

وضع قانون الضغط وهو: الضغط = القوة /المساحة، ولأن القوة المؤثرة على قدم الكرسي هي وزن الكرسي مقسوماً على العدد 4، لأن وزن الكرسي يتوزع بالتساوي على أقدامه الأربعة، كما يلي:

  • وزن الكرسي = كتلة الكرسي×تسارع الجاذبية الأرضية = 7.2×9.8 = 70.56 نيوتن.
  • القوة المؤثرة على قدم الكرسي الواحدة = وزن الكرسي/4 = 70.56/4 = 17.6 نيوتن.
  • مساحة قدم الكرسي = مساحة الدائرة = π×نق2 = 3.14×1.3×1.3 = 5.3 سم2 = 0.00053 م2.
  • تعويض القوة والمساحة في قانون الضغط لينتج أن: الضغط = القوة /المساحة = 17.6/0.00053 = 33,200 باسكال.



السؤال:

إذا كانت هناك مطرقة تؤثر بقوة على مسمار قطر رأسه الدائري هو 1 مم، محدثة ضغطاً مقداره 3×10^9 باسكال عليه، جد القوة التي تؤثر بها المطرقة على رأس هذا المسمار.[٥]

الحل:

وضع قانون الضغط وهو: الضغط = القوة /المساحة، وبتعويض القيم المعلومة في هذا القانون ينتج ما يلي:

  • الضغط المؤثر من قبل المطرقة على المسمار = القوة المؤثرة من قبل المطرقة على رأس المسمار/مساحة المسمار
  • مساحة المسمار = مساحة الدائرة = π×نق2 = 3.14×0.5×0.5 = 0.785 مم2 = 7.85×10^-7 م2.
  • تعويض الضغط والمساحة في قانون الضغط لينتج أن:
  • 3×10^9= القوة /(7.85×10^-7)، ومنه: القوة المؤثر من قبل المطرقة على المسمار = 3×10^9 × 7.85×10^-7= 2.36× 10^3 نيوتن.




السؤال:

إذا كانت هناك غواصة تقع على عمق 63 م من سطح البحر الأبيض المتوسط، فإذا كانت كثافة مياه البحر هي 1025 كغ/م3، وكانت في أعلى الغواصة نافذة دائرية الشكل نصف قطرها 5.6 سم، احسب القوة المؤثرة على سطح النافذة من قبل وزن المياه من فوقها.[٤]

الحل:

حساب قيمة الضغط الذي تتعرض له النافذة عبر استخدام قانون ضغط المائع وهو:

  • ضغط المائع = كثافة المائع × تسارع الجاذبية الأرضية × عمق الجسم في المائع، وبتعويض القيم المعلومة في هذا القانون ينتج ما يلي:
  • الضغط المؤثر على نافذة الغواصة = 1,025×9.8×63 = 632,835 باسكال.
  • حساب مساحة نافذة الغواصة = مساحة الدائرة = π×نق2 = 3.14×5.6×5.6 = 98.5 سم2 = 0.00985 م2.
  • تعويض قيمة الضغط والمساحة في قانون الضغط لينتج أن:
  • 632,835 = القوة /0.00985 ، ومنه: القوة المؤثرة على سطح النافذة = 632,835×0.00985 = 6,230 نيوتن.


المراجع

  1. ^ أ ب "What is Pressure? Definition, Formula, Unit, Examples", www.toppr.com, Retrieved 13-7-2021. Edited.
  2. ↑ "What is pressure?", www.khanacademy.org, Retrieved 13-7-2021. Edited.
  3. ↑ "Pressure", hyperphysics.phy-astr.gsu.edu, Retrieved 13-7-2021. Edited.
  4. ^ أ ب ت ث ج "What is pressure?", www.khanacademy.org, Retrieved 13-7-2021. Edited.
  5. ↑ "Pressure", courses.lumenlearning.com, Retrieved 13-7-2021. Edited.