የፈሳሽ ግፊት

የፈሳሽ ግፊት ቁሳቁስ

በፊዚክስ ውስጥ፣ ግፊት የሚገለጸው በአንድ አሃድ አካባቢ ኃይል ሲሆን፣ የኃይሉ አቅጣጫ ከገጽታ ስፋት ጋር ቀጥ ያለ ነው። በሂሳብ፣ ግፊት የሚገለጸው በ P = F/A እኩልታ ሲሆን፣ P = ግፊት፣ F = ኃይል እና A = የገጽታ ስፋት። የኃይል አሃድ (F) ኒውተን (N) ሲሆን፣ የቦታው አሃድ ካሬ ሜትር (m2) ነው ^። ግፊት በአንድ አሃድ አካባቢ ኃይል ስለሆነ የግፊቱ አሃድ N/m2 ነው ^{። የN/ m2} ሌላ ስም ፓስካል (Pa) ነው። ፓስካል ብሌዝ ፓስካልን ለማክበር እንደ የግፊት አሃድ ጥቅም ላይ ይውላል።

አንድ ፈሳሽ ሲያርፍ፣ ከሚገናኝበት አጠቃላይ ገጽ ጋር ቀጥ ያለ ኃይል ይፈጥራል። ለምሳሌ፣ በመስታወት ውስጥ ያለውን ውሃ አስቡበት፤ እያንዳንዱ የውሃ ክፍል ከመስታወት ግድግዳ ጋር ቀጥ ያለ ኃይል ይፈጥራል። ስለዚህ፣ እያንዳንዱ የውሃ ክፍል በሚይዘው መያዣ ውስጥ በእያንዳንዱ የዩኒት አካባቢ ቀጥ ያለ ኃይል ይፈጥራል። ይህ የማይንቀሳቀስ ፈሳሽ፣ በእረፍት ላይ ያለ ፈሳሽ አስፈላጊ ባህሪ ነው። አንድ ፈሳሽ ኃይል በአንድ ወለል ላይ ሲያደርግ፣ ኃይሉ ቀጥ ያለ ባልሆነበት ቦታ፣ ወለሉ የምላሽ ኃይልን ይፈጥራል፣ ቀጥ ያለም አይደለም። ይህ ፈሳሹ እንዲፈስ ያደርጋል። ሆኖም ግን፣ እንደ እውነቱ ከሆነ፣ ፈሳሹ እረፍት ላይ ይቆያል። ስለዚህ፣ በእረፍት ላይ ባለ ፈሳሽ ውስጥ፣ ኃይሉ ሁልጊዜ ከሚይዘው መያዣ ወለል ጋር ቀጥ ያለ ነው።

በእረፍት ላይ ያለ ፈሳሽ ሌላው አስፈላጊ ባህሪ ሁልጊዜ በሁሉም አቅጣጫዎች ግፊትን ማድረጉ ነው። ይህንን በተሻለ ለመረዳት ተንሳፋፊ ነገርን በውሃ መያዣ ውስጥ ያስቀምጡ። ውሃው ሙሉ በሙሉ ጸጥ ካለ፣ እቃው በሙሉ ላይ የሚፈጠረው ግፊት እኩል ስለሆነ ቋሚ ሆኖ ይቆያል። የውሃ ግፊት እኩል ካልሆነ፣ እቃው እንዲንቀሳቀስ የሚያደርገው የተጣራ ኃይል ይኖራል።

የጥልቀት ግፊት ላይ የሚያሳድረው ተጽዕኖ

ጥልቀት ወይም ቁመት በፈሳሽ ግፊት ላይ እንዴት ተጽዕኖ ያሳድራል? 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 እንመልከት። የፈሳሽ አምድ ቁመት h ሲሆን የመስቀለኛ ክፍል ቦታው ደግሞ A ነው። በመያዣው ግርጌ ላይ ያለው የውሃ ግፊት ምንድነው?

w = የውሃ ክብደት፣ h = የውሃ ዓምድ ቁመት በሲሊንደሪክ ኮንቴይነር ውስጥ፣ A = የገጽታ ስፋት እና P ግፊት ነው።

መረጃ፡
w = የስበት ኃይል
ρ = ጥግግት
ሜትር = ክብደት
g = በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠር ፍጥነት
V = hA = የፈሳሽ አምድ መጠን (h = ቁመት፣ A = የገጽታ ስፋት)

በግፊት እኩልታ ውስጥ ካካተትነው የሚከተለውን እናገኛለን፦

p = ρ gh → እኩልታ 1 (የተዘጋ መያዣ)
p = pa + ρ gh → እኩልታ 2 (ክፍት መያዣ)

መረጃ፡
ፓ = የከባቢ አየር ግፊት
ρ gh = ሃይድሮስታቲክ ግፊት

ከላይ ባለው ሥዕል ላይ፣ የከባቢ አየር ግፊት አልተገለጸም፣ ነገር ግን በእውነቱ፣ ውሃ የያዘው መያዣ ክፍት ከሆነ፣ የከባቢ አየር ግፊት በውሃው ወለል ላይም ይሠራል፣ ይህም ወደ ታች ይመራል።

ከላይ ባለው እኩልታ ላይ በመመስረት፣ ግፊቱ በቀጥታ ከፈሳሹ ጥግግት እና ጥልቀት ጋር ተመጣጣኝ የሆነ ይመስላል (የስበት ፍጥነት መጨመሪያ ቋሚ ሆኖ ይቆያል)። የፈሳሹ ጥልቀት ሲጨምር ግፊቱም ይጨምራል። ፈሳሾቹ በላያቸው ባለው ፈሳሽ ክብደት ምክንያት ሊወጠሩ የማይችሉ ናቸው፣ ስለዚህ የፈሳሹ ጥግግት ቋሚ ሆኖ ይቆያል። የቁመቱ ልዩነት በጣም ትልቅ ከሆነ (ለምሳሌ፣ በጣም ጥልቅ በሆነ የባህር ውሃ ውስጥ) ጥግግቱ በትንሹ ይለያያል። ሆኖም፣ የቁመቱ ልዩነት በጣም ትልቅ ካልሆነ የፈሳሹ ጥግግት በመሠረቱ ተመሳሳይ ነው ወይም ልዩነቱ በጣም ትንሽ ስለሆነ ችላ ሊባል ይችላል።

እንዲሁም በተለያየ ጥልቀት ላይ ያለውን የግፊት ልዩነት ለማስላት ከላይ ያለውን እኩልታ መጠቀም እንችላለን። ከላይ ያለው እኩልታ እንደሚከተለው እንደገና ሊጻፍ ይችላል፡

የከባቢ አየር ግፊት

በውሃ ውስጥ ስንጠልቅ፣ ሰውነታችን በሙሉ በውሃ የተሸፈነ ነው። በጥልቀት በገባን ቁጥር፣ የሚሰማን ግፊት ይጨምራል። እንዲያውም፣ በየቀኑ ልክ በውሃ ውስጥ እንዳለን ሁሉ በሰውነታችን ክፍሎች ላይ ያለማቋረጥ በሚጫነው ከባቢ አየር እንከበባለን። ልክ በባህር ውሃ ውስጥ እንዳለ፣ የምድር ገጽ ከከባቢ አየር "የባህር ወለል" ጋር ሊመሳሰል ይችላል። ከባቢ አየር ሁልጊዜም በሰውነታችን ክፍሎች ላይ እንደሚጫን እውነት ከሆነ፣ ለምን በባህሩ ግርጌ እንዳለን አንሰማውም? የሰውነታችን ሴሎች ከውጫዊው ግፊት ጋር ተመሳሳይ የሆነ ውስጣዊ ግፊት ይይዛሉ። ለዚህም ነው የዚህ የግፊት ልዩነት ተጽእኖ የማይሰማን።

የምድር የከባቢ አየር ግፊት ከፍታ ጋርም ይለዋወጣል። ሆኖም ግን፣ የከባቢ አየር ግፊት ከፈሳሾች ትንሽ ይለያያል። የፈሳሾች ጥግግት ለውጥ በጥልቅ ልዩነቶች ላይ በጣም ትንሽ ነው፣ ስለዚህ የፈሳሾች ጥግግት ተመሳሳይ እንደሆነ ይታሰባል። ይህ ከምድር ከባቢ አየር ጥግግት የተለየ ነው። የምድር ከባቢ አየር ጥግግት ከፍታ ጋር በእጅጉ ይለያያል። በተለያዩ ከፍታዎች ላይ ያለው የአየር ጥግግት የተለየ ነው፣ ስለዚህ ከላይ በተጠቀሰው እኩልታ በመጠቀም የከባቢ አየር ግፊትን ማስላት አንችልም። በተጨማሪም፣ ከፍታ የሚለካበት ግልጽ የከባቢ አየር ወሰን የለም። የከባቢ አየር ግፊትም እንደ የአየር ሁኔታ ይለያያል። የከባቢ አየር ግፊትን ለመወሰን፣ መለኪያዎችን እንወስዳለን።

የግፊት መለኪያ

የጋሊሊዮ ተማሪ የነበረው ኢቫንጀሊስታ ቶሪሴሊ (1608–1647) በ1643 የሜርኩሪ ባሮሜትር በመጠቀም የከባቢ አየር ግፊትን ለመለካት ዘዴ ፈጥሯል። ባሮሜትር በሜርኩሪ የተሞላ ረጅም የመስታወት ቱቦን ያቀፈ ነበር። በሜርኩሪ የተሞላው የመስታወት ቱቦ በሜርኩሪ የተሞላ ሳህን ውስጥ ተገልብጦ ነበር።

ሜርኩሪ የያዘ የመስታወት ቱቦ ወደታች ሲገለበጥ፣ የቱቦው ጫፍ በሜርኩሪ አይሞላም፣ የሜርኩሪ ትነት ብቻ ነው የያዘው፣ ግፊቱ በጣም ትንሽ ስለሆነ ችላ ይባላል (ገጽ 1)₂ = 0) በሜርኩሪ ወለል ላይ፣ ወደ ታች የሚመራ የከባቢ አየር ግፊት አለ (ከባቢ አየር በሜርኩሪ ሳህን ላይ ይጫናል)። ይህ የከባቢ አየር ግፊት በመስታወት ቱቦ ውስጥ ያለውን የሜርኩሪ አምድ ይደግፋል። በሥዕሉ ላይ፣ የከባቢ አየር ግፊት በ p ተመስሏል_o የከባቢ አየር ግፊት መጠን እኩልታውን በመጠቀም ሊሰላ ይችላል፡

p _o = ρ gh

በመለኪያ ውጤቶቹ ላይ በመመስረት፣ በባህር ደረጃ ያለው አማካይ የከባቢ አየር ግፊት 1,013 x 10 ⁵ N/m2 ^ነው ። በባህር ደረጃ ያለው የከባቢ አየር ግፊት መጠን ሌላ የግፊት አሃድ ማለትም አየር (ከባቢ አየር) ለመግለጽ ጥቅም ላይ ይውላል። ስለዚህ 1 atm = 1,013 x 10 ⁵ N/m2 ⁼ 101,3 kPa (kPa = ኪሎ ፓስካል)። ሌላኛው የግፊት አሃድ ባር ነው (ብዙውን ጊዜ በሜትሮሎጂ ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላል)። 1 bar = 1,00 x 10 ⁵ N/m2 ⁼ 100 kPa።

ከላይ የተጠቀሰው የከባቢ አየር ግፊት እሴት እንዴት ይገኛል?
መለኪያው ከላይ በቶሪሴሊ የተገለጸውን መርህ ይጠቀማል። የተጠቀመበት የሜርኩሪ አምድ ቁመት 76 ሴ.ሜ ነው (የከባቢ አየር ግፊት 76,0 ሴ.ሜ ከፍታ ያለውን የሜርኩሪ አምድ ብቻ ሊደግፍ ይችላል)፣ ጥቅም ላይ የዋለው የሜርኩሪ ሙቀት በትክክል 0 ነው። ^oሐ እና የስበት ፍጥነት መጠን 9,8 ሜ/ሰ²በዚህ ሁኔታ የሜርኩሪ ጥግግት 13,6 x 10 ነው³ ኪግ / ሜ³የከባቢ አየር ግፊት፡

የግፊት መለኪያ

ግፊትን ለመለካት የሚያገለግሉ ብዙ መሳሪያዎች አሉ፣ ይህም ክፍት ቱቦ ማኖሜትርን ያካትታል።

ቱቦው U ቅርጽ ባለው ክፍት ቱቦ ማኖሜትር ውስጥ፣ ቱቦው በከፊል በፈሳሽ (ሜርኩሪ ወይም ውሃ) የተሞላ ነው። የሚለካው ግፊት ወደ ቱቦው ውስጥ ከተገቡት ፈሳሾች ሁለት ከፍታ ልዩነት ጋር የተያያዘ ነው። ግፊቱ የሚሰላው እኩልታን በመጠቀም ነው፡

በአጠቃላይ፣ የሚሰላው የρ gh ውጤት ሳይሆን የፈሳሹ ቁመት (h) ነው ምክንያቱም ግፊቱ አንዳንድ ጊዜ በሚሊሜትር ሜርኩሪ (mm hg) ወይም በሚሊሜትር ውሃ (mm H ₂ O) ይገለጻል። ለmm hg ሌላኛው ስም torr ነው (ለኢቫንጀሊስታ ቶሪሴሊ መታሰቢያ)።

ከማኖሜትር በተጨማሪ ሌሎች የመለኪያ መሳሪያዎችም አሉ፤ እነሱም ሜካኒካል እና ኤሌክትሪክ የሆኑ አኔሮይድ ባሮሜትሮች፣ የጎማ ግፊት መለኪያዎችን ጨምሮ፣ ወዘተ። ቶሪሴሊ የከባቢ አየር ግፊትን ለመለካት የሚጠቀምበት መሳሪያ የሜርኩሪ ባሮሜትር ተብሎም ይጠራል፣ የመስታወት ቱቦ በሜርኩሪ የተሞላ እና ከዚያም ሜርኩሪ የያዘ ሳህን ሆኖ ይቀየራል።

ደረጃ የተሰጠው ግፊት፣ የጌጅ ግፊት እና ፍፁም ግፊት

የተሽከርካሪ ጎማዎችን በአየር ሲሞሉ የአየር ግፊት መለኪያ በተለምዶ ጥቅም ላይ ይውላል። ይህም የጎማው ግፊት በጣም ዝቅተኛ ወይም በጣም ከፍተኛ እንዳልሆነ ያረጋግጣል። ጎማዎችን በአየር ሲሞሉ፣ በጎማው ውስጥ ያለው የአየር ግፊት ብቻ ነው የሚለካው። የከባቢ አየር ግፊት ግምት ውስጥ አይገባም። የጎማውን ግፊት ሲለኩ ብቻ ሳይሆን በአብዛኛዎቹ ሌሎች የግፊት መለኪያዎችም የከባቢ አየር ግፊት አይለካም። ይህ የሚለካው ግፊት የሚለካው ግፊት ይባላል። ስለዚህ፣ በዚህ እና ፍጹም ግፊት መካከል ያለው ልዩነት ምንድን ነው?

ፍፁም ግፊት = የከባቢ አየር ግፊት + የተለካ ግፊት። ስለዚህ ፍፁም ግፊት ለማግኘት የተለካውን ግፊት በከባቢ አየር ግፊት ላይ እንጨምራለን። በሌላ አነጋገር ፍፁም ግፊት = ጠቅላላ ግፊት። በሂሳብ፣ ይህ እንደሚከተለው ሊጻፍ ይችላል፡

p = pa + p መለኪያ

ለምሳሌ፣ የምንለካው የጎማ ግፊት = 100 kPa ከሆነ፣ ፍፁም ግፊቱ የሚከተለው ነው፡
p = pa + p መለኪያ
p = 101 kPa + 100 kPa
p = 201 kPa
ፍፁም ግፊት = 201 kPa።

ሌላ ቃል አለ፡ የመለኪያ ግፊት፣ እንዲሁም የመለኪያ ግፊት በመባልም ይታወቃል። የመለኪያ ግፊት ከከባቢ አየር ግፊት በላይ ያለውን ከመጠን በላይ ግፊት ነው። ለምሳሌ፣ የሞተር ሳይክል ጎማ ግፊትን ያስቡበት። የሞተር ሳይክል ጎማ ሲበላሽ፣ በጎማው ውስጥ ያለው ግፊት ከከባቢ አየር ግፊት ጋር እኩል ነው (የከባቢ አየር ግፊት = 1,01 x 105 Pa = 101 kPa)። ጎማው በአየር ሲሞላ የጎማው ግፊት በተፈጥሮ ይጨምራል። የጎማው ግፊት ከ101 kPa ሲበልጥ፣ ከመጠን በላይ ያለው ግፊት የመለኪያ ግፊትም ይባላል።

የፈሳሽ ግፊት ምሳሌ ጥያቄዎች

ምሳሌ ጥያቄ 1፡

አንድ የባህር ሰርጓጅ መርከብ እስከ 200 ሜትር ጥልቀት ድረስ ይዘልቃል። ሰርጓጅ መርከቧ የሚያጋጥማት ጫና ምንድን ነው?
መዝለል? g = 10 ሜ/ሰ²
ውይይት
እንደሚታወቀው፡-
ጥልቀት (ሰ) = 200 ሜትር
የባህር ውሃ ጥግግት (ρ) = 1,03 x 10³ ኪግ / ሜ³ = 1030 ኪ.ግ / ሜ³ (የጥግግት ሰንጠረዡን ይመልከቱ)
የከባቢ አየር ግፊት (ፓ) = 1 atm = 1 x 10⁵ N / m² = 1x10⁵ (ኪ.ግ. ሜ/ሰ²)/ሜ² = 1x10⁵ ኪ.ግ/ሚሴ²
በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠር ፍጥነት (ግ) = 10 ሜ/ሰ²
ተጠይቋል፡ ግፊት
መልስ፡

መያዣው ክፍት ስለሆነ የከባቢ አየር ግፊት በስሌቶቹ ውስጥ አይካተትም።

ምሳሌ ጥያቄ 2፡

የ10 ሜትር ከፍታ ያለው የውሃ ማጠራቀሚያ በውሃ የተሞላ ነው። የውሃ ማጠራቀሚያው ወለል ካለ
ተዘግቷል፣ በመያዣው ግርጌ ላይ ያለው የውሃ ግፊት ስንት ነው? g = 10 ሜ/ሰ²
ውይይት
እንደሚታወቀው፡-
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
በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠር ፍጥነት (ግ) = 10 ሜ/ሰ²
ተጠይቋል፡ ግፊት
መልስ፡

ኮንቴይነሩ ተዘግቷል ስለዚህ የከባቢ አየር ግፊት በስሌቶቹ ውስጥ አይካተትም።

ምሳሌ ጥያቄ 3፡

የውሃው አምድ ቁመት (በስተቀኝ) = 50 ሴ.ሜ፣ የሌላኛው ፈሳሽ አምድ ቁመት (በስተግራ) = 30 ሴ.ሜ። የሌላኛው ፈሳሽ ጥግግት ስንት ነው?

ውይይት
እንደሚታወቀው፡-
በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠር ፍጥነት (ግ) = 10 ሜ/ሰ²
የውሃ ደረጃ (ሰ)₁) = 50 ሴ.ሜ
የውሃ ጥግግት (ρ)₁) = 1,00 x 10³ ኪግ / ሜ³ = 1000 ኪ.ግ / ሜ³
ሌላ ፈሳሽ ቁመት (ሰ)₂) = 30 ሴ.ሜ
የሌሎች ፈሳሾች እፍጋት (ρ)₂) =?

pa + ρ ₁ gh ₁ = ፓ + ρ ₂ gh ₂

የከባቢ አየር ግፊት (ፓ) እና የስበት ፍጥነት (ግ) ተመሳሳይ ናቸው፣ ስለዚህ ይሰረዛሉ።

ምሳሌ ጥያቄ 4፡

በመስታወት ቱቦ ውስጥ 10 ሴ.ሜ ከፍታ ያለው ፈሳሽ አለ። በቱቦው ግርጌ ላይ ያለው የውሃ ግፊት 1200 N/m2 ነው።²ግ = 10 ሜ/ሰ ከሆነ²የአየር ግፊትን ችላ ይበሉ። የፈሳሹ ጥግግት ስንት ነው?
ሀ. 800 ኪ.ግ/ሜ³
ቢ. 900 ኪ.ግ/ሜ³
ሲ. 1000 ኪ.ግ/ሜ³
ዲ. 1200 ኪ.ግ/ሜ³
ኢ. 1300 ኪ.ግ/ሜ³
ውይይት፡
የሚታወቅ ነው :
ኬቲንግጂያን ፈሳሽ (ሰ) = 10 ሴ.ሜ = 0,1 ሜትር
የውሃ ግፊት (ፒ) በቱቦው ግርጌ = 1200 N/m²
የስበት ኃይል ማፋጠን (ግ) = 10 ሜ/ሰ²
ተጠይቋል :
ጥግግት ፈሳሽ?
ጃዋር :

ጥግግት ፈሳሹ 1200 ኪ.ግ/ሜ 2 ነው³.
ትክክለኛው መልስ ዲ ነው።

ምሳሌ ጥያቄ 5፡

በተገናኙ መርከቦች ውስጥ ያለው ሜርኩሪ የገጽታ ልዩነት 3 ሴ.ሜ ነው። የሜርኩሪ ጥግግት = 13,6 ግራም/ሴሜ³በግራ በኩል ባለው ቱቦ ውስጥ ያለው የፈሳሹ ቁመት 10 ሴ.ሜ ነው። የፈሳሹ ጥግግት ስንት ነው?
ሀ. 800 ኪ.ግ/ሜ³
ቢ. 1030 ኪ.ግ/ሜ³
ሲ. 1080 ኪ.ግ/ሜ³
ዲ. 1300 ኪ.ግ/ሜ³
ኢ. 1360 ኪ.ግ/ሜ³

ውይይት፡
የሚታወቅ ነው :
የሜርኩሪ ቁመት (ሰ) = 3 ሴ.ሜ = 0,03 ሜትር
የሜርኩሪ ጥግግት = 13,6 ግራም/ሴሜ³ = 13600 ኪ.ግ / ሜ³
የፈሳሹ ቁመት (ሰ) = 10 ሴ.ሜ = 0,1 ሜትር
ተጠይቋል :
ጥግግት ፈሳሽ?
መልስ፡
Sistem berada dalam keadaan setimbang statis karenanya tekanan zat cair (tabung kiri) = tekanan raksa (tabung kanan)
P_አየር + ፒ_ፈሳሽ = ፒ_አየር + ፒ_ሜርኩሪ
የአየር ግፊቱ ተመሳሳይ ስለሆነ ከእኩልታው ይወገዳል

P _ፈሳሽ = P _አየር

ትክክለኛው መልስ ሲ ነው።