ስለ ፈሳሽ ግፊት መጣጥፍ
In ፊዚክስ፣ ግፊቱ በአንድ አሃድ አካባቢ ኃይል ተብሎ ይገለጻል፣ የኃይሉ አቅጣጫ ከገጽታ ስፋት ጋር ቀጥ ያለ ነው። በሂሳብ፣ ግፊቱ የሚገለጸው በእኩልታ P = F / A ሲሆን፣ P = ግፊት፣ F = ኃይል እና A = የገጽታ ስፋት። የኃይል አሃድ (F) ኒውተን (N) ሲሆን፣ የቦታው አሃድ ካሬ ሜትር (m) ነው (m)2) ግፊት በአንድ አሃድ አካባቢ ኃይል ስለሆነ፣ የግፊት አሃዱ N/m ነው።2. ለ N/m ሌላ ስም2 ፓስካል (ፓ) ነው። ፓስካል ብሌዝ ፓስካልን ለማክበር እንደ የግፊት መለኪያ ሆኖ አገልግሏል።
ፈሳሹ እረፍት ላይ ሲሆን፣ ፈሳሹ ከግንኙነት ወለል ጋር ሙሉ በሙሉ ቀጥ ያለ ኃይል ይሰጣል። ለምሳሌ፣ በመስታወቱ ውስጥ ያለውን ውሃ እንገመግማለን፤ የውሃው እያንዳንዱ ክፍል ከመስታወት ግድግዳ ጋር ቀጥ ያለ አቅጣጫ ያለው ኃይል ይሰጣል። ስለዚህ የውሃው እያንዳንዱ ክፍል በሚይዘው መያዣ ውስጥ ላለው እያንዳንዱ ክፍል ቀጥ ያለ ኃይል ይሰጣል። ይህ የማይንቀሳቀስ ፈሳሽ አስፈላጊ ባህሪያት አንዱ ነው። ፈሳሹ በላዩ ላይ የድርጊት ኃይል ሲያደርግ፣ የኃይሉ አቅጣጫ ቀጥ ያለ ያልሆነበት ቦታ፣ ወለሉ አቅጣጫው ቀጥ ያለ ያልሆነ የምላሽ ኃይል ይሰጣል። ይህ ፈሳሹ እንዲፈስ ያደርገዋል። ነገር ግን ፍሉ፣ አይዲ በእረፍት ላይ ነው። ስለዚህ መደምደሚያው፣ በማይንቀሳቀስ ፈሳሽ ውስጥ፣ የኃይሉ አቅጣጫ ሁልጊዜ ከመያዣው ወለል ጋር ቀጥ ያለ ነው።
የስታቲክ ፈሳሽ ሌላው አስፈላጊ ባህሪ ፈሳሹ ሁልጊዜ በሁሉም አቅጣጫዎች ግፊት ማድረጉ ነው። ይህንን ማብራሪያ በተሻለ ለመረዳት በውሃ ውስጥ ሊንሳፈፍ የሚችል ነገር በእቃ መያዣ ውስጥ ያስገቡ። ውሃው በእረፍት ላይ ከሆነ፣ ተመሳሳይ ግፊት በእቃው አጠቃላይ ገጽ ላይ ስለሚሰራ እቃው አይንቀሳቀስም። የውሃ ግፊት ተመሳሳይ ካልሆነ፣ ጠቅላላ ኃይል ይኖራል፣ ይህም እቃው እንዲንቀሳቀስ ያደርገዋል።
የጥልቀት ግፊት ላይ የሚያሳድረው ተጽዕኖe
ጥልቀቱ ወይም ቁመቱ የፈሳሽ ግፊትን እንዴት ይነካዋል? በ10 ሜትር ጥልቀት ላይ ያለው የባህር ውሃ ግፊት ከ100 ሜትር ጥልቀት ካለው የባህር ውሃ ግፊት ጋር ተመሳሳይ ነው? በስዕሉ ላይ እንደሚታየው በእቃ መያዣ ውስጥ ያለውን የውሃ ግፊት እንከልስ። የፈሳሽ አምድ ቁመት h እና የመስቀለኛ ክፍል ስፋት ሀ. በመያዣው ግርጌ ላይ ያለው የውሃ ግፊት ምንድነው?
w = የውሃ ክብደት፣ h = የውሃ ዓምድ ቁመት በሲሊንደሪክ ኮንቴይነር ውስጥ፣ A = የገጽታ ስፋት፣ እና P ግፊት ነው።
የፈሳሽ አምድ ክብደት፡
ρ = ሜትር / ቪ
m = ρ V
m = ρ h A
የፈሳሽ አምድ ክብደት፡
w = mg = ρ h A g
w = ክብደት፣ ρ = ጥግግት፣ m = ክብደት፣ g = የስበት ፍጥነት፣ V = h A = የፈሳሽ መጠን (h = ቁመት፣ A = የገጽታ ስፋት)
ከላይ ያለው እኩልታ በግፊት እኩልታ ውስጥ ከገባ፡
p = ρ gh → እኩልታ 1 (የተዘጋ መያዣ)
p = pa + ρ gh → እኩልታ 2 (ክፍት መያዣ)
ፓ = የከባቢ አየር ግፊት፣ ρ gh = ሃይድሮስታቲክ ግፊት
ክፍት መያዣው ውሃ የያዘ ከሆነ፣ የከባቢ አየር ግፊት ወደ ውሃው ወለል ላይ ወደ ታች ይመራል።
ከላይ ባለው እኩልታ ላይ በመመስረት፣ ግፊቱ በቀጥታ ከፈሳሹ ጥግግት እና ጥልቀት ጋር ተመጣጣኝ ነው (የስበት ፍጥነት ማጣደፍ ቋሚ ነው)።
የቁመቱ ልዩነት ትልቅ ከሆነ (ለምሳሌ በጣም ጥልቅ በሆነ የባህር ውሃ ውስጥ)፣ የጥግግቱ መጠን ትንሽ የተለየ ነው። ነገር ግን የቁመቱ ልዩነት ብዙም ጉልህ ካልሆነ፣ በመሠረቱ የፈሳሹ ጥግግት ተመሳሳይ ነው፣ ወይም ልዩነቱ በጣም ትንሽ ስለሆነ ችላ ይባላል።
እንዲሁም በእያንዳንዱ የተለያየ ጥልቀት ላይ ያለውን የግፊት ልዩነት ለማስላት ከላይ ያለውን እኩልታ መጠቀም እንችላለን። ከላይ ያለው እኩልታ እንደገና ተጽፏል፡
Δp = ρ g Δh
Δp = የግፊት ልዩነት፣ Δh = የቁመት ልዩነት
የምድር ሙቀት መጨመር
ወደ ውሃ ውስጥ ስንገባ የሰውነታችን ክፍሎች በሙሉ በውሃ ተሸፍነዋል። በጥልቀት በገባን ቁጥር የሚሰማን ግፊት ይጨምራል። በየቀኑ በውሃ ውስጥ እንዳለን ሁሉ የሰውነታችንን ክፍሎች ሁሉ ሁልጊዜ የሚጨናነቅ ከባቢ አየር እንሸፍናለን። ልክ እንደ ባህር ውሃ፣ የምድር ገጽ ከ"ባህር ላይ የተመሰረተ" ከባቢ አየር ጋር ሊወዳደር ይችላል። ከባቢ አየር በማንኛውም ጊዜ የሰውነታችንን ክፍሎች በሙሉ የሚጨናነቅ ከሆነ፣ ለምን በባህሩ ግርጌ እንዳለን ያህል አንሰማውም? የሰውነታችን ሴሎች ከውጫዊ ግፊት ጋር ተመሳሳይ የሆነ ውስጣዊ ግፊት ይይዛሉ። ይህ የእነዚህ የግፊት ልዩነቶች ተጽእኖ እንዳናገኝ ያደርገናል።
የምድር የከባቢ አየር ግፊትም ከከፍታ ጋር ይለዋወጣል። ነገር ግን የምድር የከባቢ አየር ግፊት ከፈሳሹ የተለየ ነው። የፈሳሽ ጥግግት ለውጦች በጣም ትልቅ ያልሆኑ የጥልቀት ልዩነቶች በጣም ትንሽ ናቸው ስለዚህ የፈሳሹ ጥግግት ተመሳሳይ እንደሆነ ይቆጠራል። ይህ ከምድር ከባቢ አየር ክብደት የተለየ ነው። የምድር ከባቢ አየር ክብደት ከከፍታ ጋር በእጅጉ ይለያያል። በእያንዳንዱ ከፍታ ላይ ያለው የአየር ጥግግት ስለሚለያይ ከላይ በተገኙት እኩልታዎች የከባቢ አየር ግፊትን ማስላት አንችልም። እንዲሁም ቁመቶቹ የሚለኩበት ከባቢ አየር ላይ ምንም ገደብ የለም። የከባቢ አየር ግፊትም እንደ የአየር ሁኔታ ይለያያል። የከባቢ አየር ግፊት ለመወሰን መለኪያዎችን እንወስዳለን።s.
የግፊት መለኪያ
የጋሊሊዮ ተማሪ የነበረው ኢቫንጀሊስታ ቶሪሴሊ (1608-1647) በ1643 የሜርኩሪ ባሮሜትር በመጠቀም የከባቢ አየር ግፊትን ለመለካት መንገድ ፈጥሯል። ባሮሜትር ቱቦው በሜርኩሪ የተሞላበት ረጅም የመስታወት ቱቦ ነው። እንግዲህ፣ ሜርኩሪ የያዘው የመስታወት ቱቦ በሜርኩሪ በተሞላ ሳህን ውስጥ ተገልብጦ ይታያል።
ሜርኩሪ የያዘ የመስታወት ቧንቧ ሲገለበጥ የቱቦው ጫፍ በሜርኩሪ አይሞላም፤ ይዘቱ የሜርኩሪ ትነት ብቻ ነው፣ ግፊቱ በጣም ትንሽ ስለሆነ ችላ ይባላል (p2 = 0)። በሳህኑ ውስጥ ባለው የሜርኩሪ ወለል ላይ ወደ ታች የሚመራ የከባቢ አየር ግፊት አለ (ከባቢ አየር ሜርኩሪውን በሳህኑ ላይ ይጫናል)። የከባቢ አየር ግፊት በመስታወት ቱቦ ውስጥ ያለውን የሜርኩሪ አምድ ይይዛል። በስዕሉ ላይ የከባቢ አየር ግፊት በፖ ይወከላል። የከባቢ አየር ግፊት መጠን በእኩልታ በመጠቀም ሊሰላ ይችላል፡
po = ρ gh
በመለኪያ ውጤቶች ላይ በመመስረት፣ በባህር ደረጃ ያለው የከባቢ አየር ግፊት አማካይ 1.013 x 10 ነው።5 N / m2በባህር ደረጃ ያለው የከባቢ አየር ግፊት መጠን ሌሎች የግፊት ክፍሎችን ለመግለጽ ይጠቅማል፣ እነሱም ኤቲኤም (ከባቢ አየር)። ስለዚህ 1 ኤቲኤም = 1.013 x 105 N / m2 = 101.3 kPa (kPa = ኪሎ ፓስካል)። ሌላኛው የግፊት መለኪያ ባር ነው (ብዙውን ጊዜ በሜትሮሎጂ ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላል)። 1 ባር = 1.00 x 105 N / ሜትር2 = 100 kPa.
ከላይ የተጠቀሰው የከባቢ አየር ግፊት እንዴት ይገኛል?
መለኪያው ከላይ በቶሪሴሊ የተገለጹትን መርሆዎች ይጠቀማል። ጥቅም ላይ የዋለው የሜርኩሪ አምድ ቁመት 76 ሴ.ሜ ነው (የከባቢ አየር ግፊት የሚይዘው ቁመቱ 76.0 ሴ.ሜ ብቻ የሆነውን የሜርኩሪ አምድ ብቻ ነው)፣ የሜርኩሪ ሙቀት በትክክል 0 ጥቅም ላይ ይውላል። oሐ እና የስበት ፍጥነት መጨመር 9.8 ሜ/ሰ2በዚህ ሁኔታ ውስጥ ያለው የሜርኩሪ ክብደት 13.6 x 10 ነው3 ኪግ / ሜ3የከባቢ አየር ግፊት፡
po = ρ gh
po = (13.6 x 103 ኪግ / ሜ3)(9.8 ሜ/ሰ2)(76 ሴ.ሜ)
po = (13.6 x 103 ኪግ / ሜ3)(9.8 ሜ/ሰ2)(76 x 10-2 m)
po = 101.3x103 N / m2
po = 1.013x105 N / m2
po = 1 atm
ግፊት መሣሪያዎች
ግፊትን ለመለካት የሚያገለግሉ ብዙ መሳሪያዎች አሉ፣ ክፍት ቱቦ ማኖሜትሮችን ጨምሮ።
ቱቦው U ቅርጽ ባለው ክፍት ቱቦ ማኖሜትር ውስጥ፣ አንዳንድ ቱቦዎች በፈሳሽ (ሜርኩሪ ወይም ውሃ) የተሞሉ ናቸው። የሚለካው ግፊት በቱቦው ውስጥ ከሚሞላው ፈሳሽ ሁለት ከፍታ ልዩነት ጋር የተያያዘ ነው። የግፊቱ መጠን የሚሰላው እኩልታን በመጠቀም ነው፡
ፒ = ፒa + ρ ግ
pa = የከባቢ አየር ግፊት
ρ gh = የተለካ ግፊት
ρ = የፈሳሽ ጥግግት
በአጠቃላይ የምርት ρ gh የሚሰላው ሳይሆን የፈሳሹ ቁመት (h) ነው ምክንያቱም ግፊቱ አንዳንድ ጊዜ በ ሚሊሜትር ሜርኩሪ (mm Hg) ወይም ሚሊሜትር ውሃ (mm H) ስለሚሰጥ2ኦህ)። ሌላኛው ስም mm hg torr (ለኢቫንጀሊስታ ቶሪሴሊ ክብር) ነው።
ከማኖሜትር በተጨማሪ ሌሎች መለኪያዎችም አሉ፤ እነሱም ሜካኒካል እና ኤሌክትሪክ፣ የጎማ ግፊት መለኪያዎችን ጨምሮ አኔሮይድ ባሮሜትር ናቸው። ቶሪሴሊ የከባቢ አየር ግፊትን ለመለካት የሚጠቀምበት መሳሪያ የሜርኩሪ ባሮሜትር ተብሎም ይጠራል፣ በውስጡም በሜርኩሪ የተሞላ የመስታወት ቱቦ ይገኛል።
የመለኪያ ግፊት እና ፍፁም ግፊት
ፍፁም ግፊት = የከባቢ አየር ግፊት + የተለካ ግፊት። ስለዚህ ፍፁም ግፊት ለማግኘት፣ ጨምረናል መለኪያ ግፊት ከከባቢ አየር ግፊት ጋር። በሌላ አነጋገር፣ ፍፁም ግፊት = ጠቅላላ ግፊት። በሂሳብ ሊጻፍ ይችላል፡
p = ፓ + ፒg
ለምሳሌ የጎማው ግፊት = 100 kPa ከሆነ፣ ፍፁም ግፊቱ የሚከተለው ነው፡
ፒ = ፒa + ገጽg
p = 101 kPa + 100 kPa
p = 201 kPa
የፍፁም ግፊት መጠን = 201 kPa
ምሳሌ ችግር 1፡
አንድ የባህር ሰርጓጅ መርከብ እስከ 200 ሜትር ጥልቀት ድረስ ይዘልቃል። ሰርጓጅ መርከቧ የሚያጋጥማት ጫና ምንድን ነው? ግ = 10 ሜ/ሰ2
የሚታወቅ፦
ጥልቀት (ሰ) = 200 ሜትር
የባህር ውሃ ጥግግት (ρ) = 1.03 x 103 ኪግ / ሜ3 = 1030 ኪ.ግ / ሜ3
የከባቢ አየር ግፊት (ፓ) = 1 atm = 1 x 105 N / m2 = 1x105 (ኪ.ግ. ሜ/ሰ2)/ሜ2 = 1x105 ኪ.ግ/ሚሴ2
የስበት ፍጥነት (ግ) = 10 ሜ/ሰ2
የሚፈለግ፦
መፍትሔው
p = pa + ρ gh
ፒ = 1 x 105 ኪ.ግ/ሚሴ2 + (1030 ኪ.ግ/ሜ3)(10 ሜ/ሰ2)(200 ሜትር)
ፒ = 1 x 105 ኪ.ግ/ሚሴ2 + 2060000 ኪ.ግ/ሚሴ2
ፒ = 1 x 105 ኪ.ግ/ሚሴ2 + 20.6 x 105 ኪ.ግ/ሚሴ2
ፒ = 21.6 x 105 ኪ.ግ/ሚሴ2
ፒ = 21.6 x 105 N / m2
ፒ = 21.6 x 105 Pa
ኮንቴይነሩ ክፍት ስለሆነ የከባቢ አየር ግፊት በስሌቱ ውስጥ እንዳይካተት።
ምሳሌ ችግር 2፡
የውሃ ማጠራቀሚያ፡- 10 ሜትር ከፍታ ያለው በውሃ የተሞላ። የውሃ ማጠራቀሚያው ወለል ከተዘጋ፣ በመያዣው ግርጌ ላይ ያለው የውሃ ግፊት ስንት ነው? g = 10 ሜ/ሰ2
የሚታወቅ፦
ቁመት (ሰ) = 10 ሜትር
የውሃ ጥግግት (ρ) = 1,00 x 103 ኪግ / ሜ3 = 1000 ኪ.ግ / ሜ3
የከባቢ አየር ግፊት (ፓ) = 1 atm = 1 x 105 N / m2 = 1x105 (ኪ.ግ. ሜ/ሰ2) / ሜትር2 = 1x105 ኪ.ግ/ሚሴ2
የስበት ፍጥነት (ግ) = 10 ሜ/ሰ2
የሚፈለግ፦ ግፊት
መፍትሔው
p = ρ gh
p = (1000 ኪ.ግ/ሜ3)(10 ሜ/ሰ2)(200 ሜትር)
p = 2000,000 ኪ.ግ/ሚሴ2
ፒ = 20 x 105 ኪ.ግ/ሚሴ2
ፒ = 20 x 105 N / m2
ፒ = 20 x 105 Pa
ኮንቴይነሩ የተዘጋው የከባቢ አየር ግፊት በስሌቱ ውስጥ እንዳይካተት ነው።
ምሳሌ ችግር 3፡
የውሃው አምድ ቁመት (በስተቀኝ) = 50 ሴ.ሜ፣ የሌላኛው ፈሳሽ አምድ ቁመት (በስተግራ) = 30 ሴ.ሜ። የሌሎች ፈሳሾች ጥግግት ስንት ነው?
የሚታወቅ፦
የስበት ፍጥነት (ግ) = 10 ሜ/ሰ2
የውሃ ቁመት (ሰ)1) = 50 ሴ.ሜ
የውሃ ጥግግት (ρ)1) = 1 x 103 ኪግ / ሜ3 = 1000 ኪ.ግ / ሜ3
የሌላ ፈሳሽ ቁመት (ሰ2) = 30 ሴ.ሜ
የሚፈለግ፦ የሌላ ፈሳሽ እፍጋት
መፍትሔው
ፓ + ρ1 ግ1 = ፓ + ρ2 ግ2
ρ1 h1 = ρ2 h2
ρ2 = ρ1 h1 / ሰ2
ρ2 = (50 ሴ.ሜ)(1000 ኪ.ግ/ሜ3) / 30 ሴ.ሜ
ρ2 = 1666.7 ኪ.ግ / ሜ3
