ضغط المواد الصلبة - المشاكل والحلول
1. كتلة وحجم المكعبات الأربعة أدناه متساوٍ. أيها أصغر؟ الضغط ما هو الجهد المبذول بواسطة الكتلة الموجودة على الأرض؟
الحلول
ف = و / أ
وبناءً على هذه الصيغة، يُستنتج أن الضغط (P) يتناسب طرديًا مع القوة (F) ويتناسب عكسيًا مع مساحة السطح (A).
كلما زادت القوة، زاد الضغط. وكلما زادت مساحة السطح، قل الضغط.
استنادًا إلى الصورة، فإن أكبر مساحة سطح ملامسة للأرضية هي مساحة الجسم الثالث، لذا فإن ضغط الجسم الثالث على الأرضية هو الأصغر.
2. إذا كانت كتلة المثلثات الأربعة أدناه متساوية، فإن أكبر ضغط على الأرض يظهر في الصورة...
الحلول
P = F / A = w / A
P = الضغط، F = القوة ، w = وزن، أ = مساحة السطح
وبناءً على هذه الصيغة، يُستنتج أن الضغط (P) يتناسب طرديًا مع القوة (F) ويتناسب عكسيًا مع مساحة السطح (A).
كلما زادت القوة، أكبر الضغط. كلما زادت مساحة السطح، قل الضغط.
أصغر مساحة سطحية يكون لها أكبر ضغط.
3. يُظهر التصوير أكبر قدر من الضغط...
الحلول
P = F / A = w / A
P = الضغط، F = القوة ، w = وزن، أ = مساحة السطح
وبناءً على هذه الصيغة، يُستنتج أن الضغط (P) يتناسب طرديًا مع القوة (F) ويتناسب عكسيًا مع مساحة السطح (A).
كلما زادت القوة، أكبر الضغط. كلما زادت مساحة السطح، قل الضغط.
أصغر مساحة سطحية يكون لها أكبر ضغط.
4. تؤثر قوة مقدارها 500 نيوتن على سطح مساحته 2.5 متر مربع2. حدد الضغطe.
معروف :
القوة (F) = 500 نيوتن
مساحة السطح (أ) = 2.5 م2
مطلوب: الضغط (ف)
الحل:
الضغط (ف):
ف = و / أ
ص = 500 / 2.5
P = 200 نيوتن/متر2
الضغط = 200 باسكال
5. كتلة الصندوق = 75 كجم و التسارع بسبب الجاذبية (g) = 10 م/ث2حدد الضغط الواقع على الأرض.
معروف :
الكتلة (م) = 75 كجم
التسارع الناتج عن الجاذبية (g) = 10 م/ث²2
الوزن (w) = mg = (75 كجم)(10 م/ث2) = 750 كجم م/ث2 = 750 نيوتن
مساحة السطح (أ) = 6 أمتار × 5 أمتار = 30 مترًا مربعًا2
مطلوب: الضغط على الأرض
الحل:
P = F/A = w/A = 750/30 = 25 نيوتن/متر2
6. كتلة صندوق 24 كجم. تسارع الجاذبية الأرضية 10 م/ث²2حدد الضغط الواقع على الأرض.
معروف :
الكتلة (م) = 24 كجم
التسارع الناتج عن الجاذبية (g) = 10 م/ث²2
الوزن (w) = mg = (24 كجم)(10 م/ث2) = 240 كجم م/ث2 = 240 نيوتن
مساحة السطح (أ) = 1 م × 0.4 م = 0.4 م2
مطلوب: الضغط على الأرض
الحل:
P = F / A = w / A
P = الضغط، F = القوة ، w = وزن، أ = مساحة السطح
الضغط على الأرض:
P = 240 نيوتن / 0.4 متر2 = 600 نيوتن / م2
- ما هو الضغط في سياق المواد الصلبة؟
- إجابةيُعرَّف الضغط بأنه القوة المؤثرة على وحدة المساحة. وعند تطبيقه على المواد الصلبة، فإنه يشير إلى القوة التي يؤثر بها جسم صلب على سطح آخر مقسومة على مساحة التلامس.
- كيف تؤثر مساحة التلامس على الضغط الذي يمارسه جسم صلب؟
- إجابةالضغط الذي يمارسه جسم صلب يتناسب عكسياً مع مساحة التلامس. فإذا بقيت القوة ثابتة، فإن زيادة مساحة التلامس ستؤدي إلى انخفاض الضغط، وتقليل مساحة التلامس سيؤدي إلى زيادة الضغط.
- لماذا تخترق الأجسام الحادة مثل الإبر والمسامير الأسطح بسهولة؟
- إجابةتتميز الأجسام الحادة بمساحة تلامس صغيرة جدًا. عند تطبيق قوة عليها، ينتج عن ذلك ضغط عالٍ عند طرفها، مما يسهل اختراقها للمواد الأخرى.
- كيف تمنع أحذية الثلج الشخص من الغوص عميقاً في الثلج؟
- إجابةتعمل أحذية الثلج على توزيع وزن الشخص على مساحة سطح أكبر، مما يقلل الضغط على الثلج. وهذا يمنع أو يقلل من غرق القدم في الثلج.
- لماذا تمتلك الشاحنات الثقيلة إطارات أكبر وأعرض من السيارات الصغيرة؟
- إجابةتعمل الإطارات الأكبر والأعرض على توزيع وزن الشاحنة الأثقل على مساحة سطح أكبر، مما يقلل الضغط الواقع على الطريق. وهذا يساعد في منع تلف الطريق وتوفير قوة جر أفضل.
- كيف يرتبط الضغط بالعمق في عمود من مادة صلبة؟
- إجابةعلى عكس السوائل، لا يزداد الضغط في المواد الصلبة بشكل مستمر مع العمق بطريقة يمكن التنبؤ بها بفعل الجاذبية وحدها. يعتمد الضغط عند عمق معين في مادة صلبة على كل من وزنها فوق ذلك العمق وخصائصها البنيوية والمادية.
- لماذا قد لا يتسبب كتاب ثقيل في إتلاف طاولة، بينما قد يتسبب جسم مدبب ذو وزن أقل بكثير في ذلك؟
- إجابةالضغط الذي يمارسه جسم ما هو دالة لوزنه والمساحة التي يتوزع عليها هذا الوزن. فالكتاب الثقيل يوزع وزنه على مساحة واسعة، مما ينتج عنه ضغط منخفض. أما الجسم المدبب، حتى لو كان خفيفًا، فيركز قوته على مساحة صغيرة جدًا، مما ينتج عنه ضغط عالٍ، قد يُلحق الضرر بالطاولة.
- كيف يؤثر توزيع الضغط في المواد الصلبة على أساسات المباني؟
- إجابةتُوزّع أساسات المباني وزن الهيكل على مساحة واسعة، مما يُقلل الضغط على الأرض أسفله. ويضمن التوزيع السليم للضغط عدم هبوط المبنى أو ميله نتيجةً للهبوط غير المتساوي.
- لماذا تترك الأحذية ذات الكعب العالي آثاراً على الأسطح الناعمة؟
- إجابةتُركّز الأحذية ذات الكعب العالي وزن مرتديها على مساحة صغيرة جدًا، مما يؤدي إلى ضغط عالٍ عند نقطة التلامس. على الأسطح الناعمة، قد يتسبب هذا الضغط العالي في حدوث انبعاجات أو علامات.
- إذا ضغطت يدك على الحائط، فلماذا لا تغوص في الحائط كما قد يحدث مع مادة لينة؟
- إجابةتتميز الخصائص الهيكلية والمادية للجدار بمقاومتها للتشوه، حتى عند تطبيق قوة (كقوة يدك). فبينما تُسلط يدك ضغطًا على الجدار، فإن مادة الجدار متينة وصلبة بما يكفي لمقاومة هذا الضغط، مما يمنع يدك من الانغراس فيه.
