பாய்மங்களில் அழுத்தம்

பாய்மங்களில் அழுத்தம் பற்றிய கட்டுரை

இயற்பியலில் , அழுத்தம் என்பது ஓரலகு பரப்பிற்கான விசை என வரையறுக்கப்படுகிறது, இங்கு விசையின் திசையானது மேற்பரப்பளவிற்கு செங்குத்தாக இருக்கும். கணிதரீதியாக, அழுத்தம் P = F / A என்ற சமன்பாட்டால் வெளிப்படுத்தப்படுகிறது, இதில் P = அழுத்தம், F = விசை மற்றும் A = மேற்பரப்பளவு. விசையின் அலகு (F) நியூட்டன் (N), பரப்பளவின் அலகு சதுர மீட்டர் (m²) ஆகும் ^. அழுத்தம் என்பது ஓரலகு பரப்பிற்கான விசை என்பதால், அழுத்தத்தின் அலகு N/m² ஆகும் ^{. N/ m²-} இன் மற்றொரு பெயர் பாஸ்கல் (Pa) ஆகும். பிளேஸ் பாஸ்கலைக் கௌரவிக்கும் விதமாக பாஸ்கல் என்ற அலகு அழுத்த அலகாகப் பயன்படுத்தப்பட்டது.

பாய்மம் ஓய்வில் இருக்கும்போது, ​​அது தொடும் பரப்பின் முழு மேற்பரப்பிற்கும் செங்குத்தாக ஒரு விசையை வழங்குகிறது. உதாரணமாக, கண்ணாடிக் குவளையில் உள்ள நீரை எடுத்துக்கொள்வோம்; நீரின் ஒவ்வொரு பகுதியும் கண்ணாடிச் சுவருக்கு செங்குத்தான திசையில் ஒரு விசையை வழங்குகிறது. எனவே, நீரின் ஒவ்வொரு பகுதியும் அது இருக்கும் கலனின் ஒவ்வொரு ஓரலகு பரப்பிற்கும் செங்குத்தான விசையை வழங்குகிறது. இது நிலையான பாய்மத்தின் அத்தியாவசியப் பண்புகளில் ஒன்றாகும். பாய்மம் ஒரு மேற்பரப்பின் மீது ஒரு செயல் விசையைச் செலுத்தும் போது, ​​அந்த விசையின் திசை செங்குத்தாக இல்லாத பட்சத்தில், அந்த மேற்பரப்பு செங்குத்தாக இல்லாத திசையில் ஒரு எதிர்விசையை வழங்கும். இது பாய்மம் பாய்வதற்குக் காரணமாகும். ஆனால் பாய்மம் ஓய்வில் உள்ளது. எனவே, ஒரு நிலையான பாய்மத்தில், விசையின் திசை எப்போதும் கலனின் மேற்பரப்பிற்கு செங்குத்தாகவே இருக்கும் என்பதே முடிவாகும்.

நிலையான பாய்மத்தின் மற்றொரு முக்கியப் பண்பு என்னவென்றால், பாய்மம் எப்போதும் எல்லா திசைகளிலும் அழுத்தத்தைச் செலுத்துகிறது. இந்த விளக்கத்தை நன்கு புரிந்துகொள்ள, ஒரு கொள்கலனில் உள்ள தண்ணீருக்குள் மிதக்கக்கூடிய ஒரு பொருளை இடவும். தண்ணீர் ஓய்வில் இருந்தால், பொருளின் முழு மேற்பரப்பிலும் ஒரே அழுத்தம் செயல்படுவதால், அந்தப் பொருள் நகராது. நீரின் அழுத்தம் ஒரே மாதிரியாக இல்லாவிட்டால், ஒரு மொத்த விசை உருவாகி, அது பொருளை நகரச் செய்யும்.

அழுத்தத்தின் மீது ஆழத்தின் விளைவு

ஆழம் அல்லது உயரம் பாய்ம அழுத்தத்தை எவ்வாறு பாதிக்கிறது? 10 மீட்டர் ஆழத்தில் உள்ள கடல்நீர் அழுத்தமும், 100 மீட்டர் ஆழத்தில் உள்ள கடல்நீர் அழுத்தமும் ஒன்றா? படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி ஒரு கொள்கலனில் உள்ள நீர் அழுத்தத்தைப் பற்றிப் பார்ப்போம். பாய்மத் தூணின் உயரம் h மற்றும் குறுக்குவெட்டுப் பரப்பளவு A ஆகும். கொள்கலனின் அடிப்பகுதியில் உள்ள நீர் அழுத்தம் என்ன?

w = நீரின் எடை, h = உருளை வடிவக் கொள்கலனில் உள்ள நீர்த்தம்பத்தின் உயரம், A = மேற்பரப்புப் பரப்பளவு, மற்றும் P என்பது அழுத்தம்.

திரவத் தூணின் நிறை:

ρ = மீ / வி

m = ρ V

m = ρ h A

திரவத் தூணின் எடை:

w = mg = ρ h A g

w = எடை, ρ = அடர்த்தி, m = நிறை, g = புவியீர்ப்பு முடுக்கம், V = h, A = திரவத்தின் கன அளவு (h = உயரம், A = மேற்பரப்புப் பரப்பு)

மேற்கண்ட சமன்பாட்டை அழுத்தத்தின் சமன்பாட்டில் பிரதியிட்டால்:

p = ρ gh → சமன்பாடு 1 (மூடிய கொள்கலன்)

p = pa + ρ gh → சமன்பாடு 2 (திறந்த கொள்கலன்)

pa = வளிமண்டல அழுத்தம், ρ gh = நீர்நிலை அழுத்தம்

திறந்த கொள்கலனில் நீர் இருந்தால், நீரின் மேற்பரப்பின் மீது வளிமண்டல அழுத்தம் கீழ்நோக்கிச் செயல்படும்.

மேற்கண்ட சமன்பாட்டின் அடிப்படையில், அழுத்தம் என்பது திரவத்தின் அடர்த்தி மற்றும் ஆழத்திற்கு நேர் விகிதத்தில் உள்ளது (புவியீர்ப்பு முடுக்கம் மாறிலியாகும்).

உயர வேறுபாடு மிக அதிகமாக இருந்தால் (உதாரணமாக, மிகவும் ஆழமான கடல் நீரில்), அடர்த்தி சற்றே மாறுபடும். ஆனால் உயர வேறுபாடு குறிப்பிடத்தக்கதாக இல்லாவிட்டால், அடிப்படையில் திரவத்தின் அடர்த்தி ஒரே மாதிரியாக இருக்கும், அல்லது அந்த வேறுபாடு புறக்கணிக்கப்படும் அளவுக்கு மிகச் சிறியதாக இருக்கும்.

ஒவ்வொரு வெவ்வேறு ஆழத்திலும் உள்ள அழுத்த வேறுபாட்டைக் கணக்கிட, மேற்கண்ட சமன்பாட்டையும் நாம் பயன்படுத்தலாம். மேற்கண்ட சமன்பாடு மீண்டும் எழுதப்படுகிறது:

Δp = ρ g Δh

Δp = அழுத்த வேறுபாடு, Δh = உயர வேறுபாடு

வளிமண்டல அழுத்தம்

நாம் தண்ணீரில் மூழ்கும்போது, ​​நமது உடலின் அனைத்துப் பாகங்களும் நீரால் சூழப்படுகின்றன. நாம் எவ்வளவு ஆழமாக மூழ்குகிறோமோ, அவ்வளவு அதிக அழுத்தத்தை உணர்கிறோம். ஒவ்வொரு நாளும் நாம் வளிமண்டலத்தாலும் சூழப்பட்டிருக்கிறோம்; அது, நாம் தண்ணீரில் இருக்கும்போது போலவே, நமது உடலின் அனைத்துப் பாகங்களையும் எப்போதும் அழுத்துகிறது. கடல்நீரைப் போலவே, பூமியின் மேற்பரப்பையும் "கடல் சார்ந்த" வளிமண்டலத்துடன் ஒப்பிடலாம். வளிமண்டலம் எந்த நேரத்திலும் நமது உடலின் அனைத்துப் பாகங்களையும் அழுத்தும்போது, ​​கடலின் அடியில் இருப்பது போல நாம் ஏன் அதை உணர்வதில்லை? நமது உடல் செல்கள், வெளிப்புற அழுத்தத்திற்கு ஏறக்குறைய சமமான ஒரு உள் அழுத்தத்தைப் பராமரிக்கின்றன. இது, இந்த அழுத்த வேறுபாடுகளின் விளைவுகளை நாம் உணரவிடாமல் செய்கிறது.

பூமியின் வளிமண்டல அழுத்தமும் உயரத்தைப் பொறுத்து மாறுகிறது. ஆனால், பூமியின் வளிமண்டல அழுத்தம் திரவத்திலிருந்து வேறுபட்டது. ஆழத்தில் உள்ள வேறுபாடுகள் மிக அதிகமாக இல்லாதபோது, ​​திரவங்களின் அடர்த்தியில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் மிகச் சிறியதாக இருக்கும், அதனால் திரவத்தின் அடர்த்தி ஒரே மாதிரியாகக் கருதப்படுகிறது. இது பூமியின் வளிமண்டலத்தின் நிறையிலிருந்து வேறுபட்டது. பூமியின் வளிமண்டலத்தின் நிறை, உயரத்தைப் பொறுத்து கணிசமாக மாறுபடுகிறது. ஒவ்வொரு உயரத்திலும் காற்றின் அடர்த்தி மாறுபடுவதால், மேலே வருவிக்கப்பட்ட சமன்பாடுகளைப் பயன்படுத்தி நம்மால் வளிமண்டல அழுத்தத்தைக் கணக்கிட முடியாது. மேலும், உயரங்களை அளவிடுவதற்கு வளிமண்டலத்திற்கு எந்த எல்லையும் இல்லை. வளிமண்டல அழுத்தம் வானிலையைப் பொறுத்தும் மாறுபடுகிறது. வளிமண்டல அழுத்தத்தைத் தீர்மானிக்க, நாம் அளவீடுகளை எடுக்கிறோம்.

அழுத்த அளவீடு

கலிலியோவின் மாணவரான எவாஞ்சலிஸ்டா டொரிசெல்லி (1608-1647), 1643-ஆம் ஆண்டில் தனது படைப்பான பாதரச அழுத்தமானியைப் பயன்படுத்தி வளிமண்டல அழுத்தத்தை அளவிடுவதற்கான ஒரு வழியைக் கண்டுபிடித்தார். அந்த அழுத்தமானி என்பது ஒரு நீண்ட கண்ணாடிக் குழாய் ஆகும், அதனுள் பாதரசம் நிரப்பப்படுகிறது. பின்னர், பாதரசம் நிரப்பப்பட்ட அந்தக் கண்ணாடிக் குழாய், அதே பாதரசம் நிரப்பப்பட்ட ஒரு தட்டில் தலைகீழாக வைக்கப்படுகிறது.

பாதரசம் உள்ள ஒரு கண்ணாடிக் குழாயைத் தலைகீழாகத் திருப்பும்போது, ​​குழாயின் முனையில் பாதரசம் நிரம்பியிருக்காது; உள்ளே இருப்பது பாதரச நீராவி மட்டுமே. அழுத்தம் மிகவும் குறைவாக இருப்பதால் அது புறக்கணிக்கப்படுகிறது (p2 = 0). தட்டின் உள்ளே இருக்கும் பாதரசத்தின் மேற்பரப்பில், கீழ்நோக்கிய திசையில் ஒரு வளிமண்டல அழுத்தம் உள்ளது (வளிமண்டலம் தட்டின் மீதுள்ள பாதரசத்தை அழுத்துகிறது). இந்த வளிமண்டல அழுத்தம், கண்ணாடிக் குழாயில் உள்ள பாதரசத் தூணைத் தாங்கிப் பிடிக்கிறது. படத்தில், வளிமண்டல அழுத்தம் po எனக் குறிக்கப்படுகிறது. வளிமண்டல அழுத்தத்தின் அளவை பின்வரும் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடலாம்:

p _o = ρ gh

அளவீடுகளின் முடிவுகளின் அடிப்படையில், கடல் மட்டத்தில் வளிமண்டல அழுத்தத்தின் சராசரி 1.013 x 10⁵ ^N /m² ^{ஆகும்} . கடல் மட்டத்தில் உள்ள வளிமண்டல அழுத்தத்தின் அளவு, மற்ற அழுத்த அலகுகளான atm (வளிமண்டலம்) என்பதை வரையறுக்கப் பயன்படுகிறது. எனவே 1 atm = 1.013 x 10⁵ ^N /m² ⁼ 101.3 kPa (kPa = கிலோ பாஸ்கல்கள்). மற்றொரு அழுத்த அலகு பார் (இது பெரும்பாலும் வானிலையியலில் பயன்படுத்தப்படுகிறது). 1 பார் = 1.00 x 10⁵ ^N /m² ⁼ 100 kPa.

மேலே உள்ள வளிமண்டல அழுத்தம் எவ்வாறு பெறப்படுகிறது?

இந்த அளவீடு, மேலே டொரிசெல்லி காட்டியுள்ள கொள்கைகளைப் பயன்படுத்துகிறது. பயன்படுத்தப்படும் பாதரசத் தூணின் உயரம் 76 செ.மீ ஆகும் (வளிமண்டல அழுத்தத்தால் 76.0 செ.மீ உயரம் மட்டுமே எட்டக்கூடிய பாதரசத் தூணை நிலைநிறுத்த முடியும்), இதில் பாதரசத்தின் வெப்பநிலை சரியாக 0 ^° C ஆகவும், புவியீர்ப்பு முடுக்கத்தின் அளவு 9.8 மீ/வி² ஆகவும் ^{பயன்படுத்தப்படுகிறது} . இந்த நிலையில் பாதரசத்தின் நிறை 13.6 x 10³ கி.கி/மீ³ ஆகும் ^. வளிமண்டல ^{அழுத்தம்} :

p _o = ρ gh

p _o = (13.6 x 10 ³ kg/m ³ )(9.8 m/s ² )(76 cm)

p _o = (13.6 x 10 ³ kg/m ³ )(9.8 m/s ² )(76 x 10 ^-2 m)

p _o = 101.3 x 10 ³ N/m ²

p _o = 1.013 x 10 ⁵ N/m ²

p _o = 1 atm

அழுத்தக் கருவிகள்

திறந்த குழாய் அழுத்தமானிகள் உட்பட, அழுத்தத்தை அளவிடப் பல கருவிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

U-வடிவக் குழாய்களைக் கொண்ட திறந்த குழாய் அழுத்தமானியில், சில குழாய்கள் திரவத்தால் (பாதரசம் அல்லது நீர்) நிரப்பப்பட்டிருக்கும். அளவிடப்படும் அழுத்தமானது, குழாயில் நிரப்பப்பட்ட திரவத்தின் இரண்டு உயரங்களுக்கு இடையிலான வேறுபாட்டுடன் தொடர்புடையது. அழுத்தத்தின் அளவு பின்வரும் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடப்படுகிறது:

p = p _a + ρ gh

p _a = வளிமண்டல அழுத்தம்

ρ gh = அளவிடப்பட்ட அழுத்தம்

ρ = திரவத்தின் அடர்த்தி

பொதுவாக ρgh என்ற பெருக்கற்பலன் கணக்கிடப்படுவதில்லை, மாறாக திரவத்தின் உயரம் (h) கணக்கிடப்படுகிறது. ஏனெனில் அழுத்தம் சில நேரங்களில் மில்லிமீட்டர் பாதரசம் (mm Hg) அல்லது மில்லிமீட்டர் நீர் (mm H₂O) ஆகியவற்றில் கொடுக்கப்படுகிறது _. mm Hg என்பதன் மற்றொரு பெயர் டோர் (torr) ஆகும் (எவாஞ்சலிஸ்டா டொரிசெல்லிக்கு மரியாதை செலுத்தும் விதமாக).

மானோமீட்டர்கள் தவிர, டயர் அழுத்தமானிகள் போன்றவற்றை உள்ளடக்கிய இயந்திர மற்றும் மின்சார வகையிலான அனீராய்டு பாரோமீட்டர்கள் போன்ற பிற அளவீட்டுக் கருவிகளும் உள்ளன. வளிமண்டல அழுத்தத்தை அளவிட டொரிசெல்லி பயன்படுத்திய கருவி, பாதரச பாரோமீட்டர் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது; இதில் பாதரசம் நிரப்பப்பட்ட ஒரு கண்ணாடிக் குழாய் இருக்கும்.

அளவீட்டு அழுத்தம் மற்றும் முழுமையான அழுத்தம்

முழுமையான அழுத்தம் = வளிமண்டல அழுத்தம் + அளவிடப்பட்ட அழுத்தம். எனவே, முழுமையான அழுத்தத்தைக் கண்டறிய, நாம் அளவீட்டு அழுத்தத்துடன் வளிமண்டல அழுத்தத்தைக் கூட்டுகிறோம். வேறுவிதமாகக் கூறினால், முழுமையான அழுத்தம் = மொத்த அழுத்தம். இதை கணிதரீதியாக இவ்வாறு எழுதலாம்:

p = pa + p g

உதாரணமாக, நாம் அளவிடும் டயர் அழுத்தம் 100 kPa எனில், முழுமையான அழுத்தம் என்பது:

p = p a + p g

p = 101 kPa + 100 kPa

p = 201 kPa

முழுமையான அழுத்தத்தின் அளவு = 201 kPa

எடுத்துக்காட்டு கணக்கு 1:

ஒரு நீர்மூழ்கிக் கப்பல் 200 மீட்டர் ஆழத்திற்குச் செல்கிறது. அந்த நீர்மூழ்கிக் கப்பல் உணரும் அழுத்தம் என்ன? g = 10 மீ/ ^வி²

அறியப்பட்டது :

ஆழம் (h) = 200 மீ

கடல்நீரின் அடர்த்தி (ρ) = 1.03 x 10³ ^{கி.கி} /மீ³ ⁼ 1030 கி.கி/ ^மீ³

வளிமண்டல அழுத்தம் (pa) = 1 atm = 1 x 10⁵ ^N /m² ⁼ 1 x 10⁵ ⁽ Kg m/s² ⁾ /m² ⁼ 1 x ^10⁵ Kg/ ^ms²

புவியீர்ப்பு முடுக்கம் (g) = 10 மீ/ ^வி²

தேவை :

தீர்வு:

p = pa + ρ gh

p = 1 x 10 ⁵ கி.கி/மீ² ⁺ (1030 கி.கி/மீ³ ⁾ (10 மீ/வி² ⁾ (200 மீ)

p = 1 x 10 ⁵ கி.கி/மீ² ⁺ 2060000 கி.கி/ ^மீ²

p = 1 x 10 ⁵ kg/ms ² + 20.6 x 10 ⁵ kg/ms ²

p = 21.6 x 10 ⁵ kg/ms ²

p = 21.6 x 10 ⁵ N/m ²

p = 21.6 x 10 ⁵ Pa

கலன் திறந்திருப்பதால், கணக்கீட்டில் வளிமண்டல அழுத்தம் சேர்க்கப்படவில்லை.

எடுத்துக்காட்டு கணக்கு 2:

10 மீட்டர் உயரமுள்ள ஒரு நீர்த்தேக்கம் தண்ணீரில் நிரம்பியுள்ளது. நீர்த்தேக்கத்தின் மேற்பரப்பு மூடப்பட்டிருந்தால், கலனின் அடிப்பகுதியில் உள்ள நீரின் அழுத்தம் என்ன? g = 10 மீ/ ^வி²

அறியப்பட்டது :

உயரம் (h) = 10 மீ

நீரின் அடர்த்தி (ρ) = 1,00 x 10³ ^{கி.கி} /மீ³ ⁼ 1000 கி.கி/ ^மீ³

வளிமண்டல அழுத்தம் (pa) = 1 atm = 1 x 10⁵ ^N /m² ⁼ 1 x 10⁵ ⁽ kg m/s² ⁾ / m² ⁼ 1 x ^10⁵ Kg/ ^ms²

புவியீர்ப்பு முடுக்கம் (g) = 10 மீ/ ^வி²

தேவை: அழுத்தம்

தீர்வு:

p = ρ gh

p = (1000 கி.கி/மீ ³ )(10 மீ/வி ² )(200 மீ)

p = 2000,000 கி.கி/மீ.வி ²

p = 20 x 10 ⁵ kg/ms ²

p = 20 x 10 ⁵ N/m ²

p = 20 x 10 ⁵ Pa

வளிமண்டல அழுத்தம் கணக்கீட்டில் சேர்க்கப்படாதபடி கலன் மூடப்பட்டுள்ளது.

எடுத்துக்காட்டு கணக்கு 3:

நீர் நிரலின் (வலது) உயரம் 50 செ.மீ., மற்ற திரவ நிரலின் (இடது) உயரம் 30 செ.மீ. ஆகும். மற்ற திரவங்களின் அடர்த்தி என்ன?

அறியப்பட்டது :

புவியீர்ப்பு முடுக்கம் (g) = 10 மீ/ ^வி²

நீரின் உயரம் (h ₁ ) = 50 செ.மீ.

நீரின் அடர்த்தி (ρ ₁ ) = 1 x 10 ³ கிகி/மீ ³ = 1000 கிகி/மீ ³

மற்றொரு திரவத்தின் உயரம் (h ₂ ) = 30 செ.மீ.

தேவை : மற்றொரு திரவத்தின் அடர்த்தி

தீர்வு:

pa + ρ ₁ gh ₁ = pa + ρ ₂ gh ₂

ρ ₁ h ₁ = ρ ₂ h ₂

ρ ₂ = ρ ₁ h ₁ / h ₂

ρ ₂ = (50 செ.மீ)(1000 கி.கி/மீ ³ ) / 30 செ.மீ

ρ ₂ = 1666.7 கி.கி/மீ ³