ద్రవ పీడన పదార్థం
భౌతిక శాస్త్రంలో, పీడనాన్ని ప్రమాణ వైశాల్యంపై పనిచేసే బలం అని నిర్వచిస్తారు, ఇక్కడ బలం యొక్క దిశ ఉపరితల వైశాల్యానికి లంబంగా ఉంటుంది. గణితశాస్త్రపరంగా, పీడనాన్ని P = F/A అనే సమీకరణం ద్వారా వ్యక్తపరుస్తారు, ఇక్కడ P = పీడనం, F = బలం మరియు A = ఉపరితల వైశాల్యం. బలం (F) యొక్క ప్రమాణం న్యూటన్ (N), వైశాల్యం యొక్క ప్రమాణం చదరపు మీటర్లు (m² ) . పీడనం అనేది ప్రమాణ వైశాల్యంపై పనిచేసే బలం కాబట్టి, పీడనం యొక్క ప్రమాణం N/m² . N/ m² కు మరో పేరు పాస్కల్ (Pa). బ్లేజ్ పాస్కల్ గౌరవార్థం పాస్కల్ను పీడన ప్రమాణంగా ఉపయోగిస్తారు.
ఒక ద్రవం నిశ్చలంగా ఉన్నప్పుడు, అది తాను స్పర్శలో ఉన్న మొత్తం ఉపరితలానికి లంబంగా ఒక బలాన్ని ప్రయోగిస్తుంది. ఉదాహరణకు, ఒక గ్లాసులోని నీటిని తీసుకోండి; నీటిలోని ప్రతి భాగం గ్లాసు గోడకు లంబంగా ఒక బలాన్ని ప్రయోగిస్తుంది. అందువల్ల, నీటిలోని ప్రతి భాగం తాను ఆక్రమించిన పాత్ర యొక్క ప్రతి యూనిట్ వైశాల్యానికి లంబంగా ఒక బలాన్ని ప్రయోగిస్తుంది. ఇది నిశ్చల ద్రవం యొక్క ఒక ముఖ్యమైన లక్షణం. ఒక ద్రవం ఒక ఉపరితలంపై లంబంగా లేని బలాన్ని ప్రయోగించినప్పుడు, ఆ ఉపరితలం కూడా లంబంగా లేని ఒక ప్రతిచర్య బలాన్ని ప్రయోగిస్తుంది. దీనివల్ల ఆ ద్రవం ప్రవహిస్తుంది. అయితే, వాస్తవానికి, ఆ ద్రవం నిశ్చలంగానే ఉంటుంది. అందువల్ల, నిశ్చలంగా ఉన్న ద్రవంలో, బలం ఎల్లప్పుడూ తాను ఆక్రమించిన పాత్ర యొక్క ఉపరితలానికి లంబంగా ఉంటుంది.
నిశ్చలంగా ఉన్న ద్రవం యొక్క మరో ముఖ్యమైన లక్షణం ఏమిటంటే, అది ఎల్లప్పుడూ అన్ని దిశలలో పీడనాన్ని కలుగజేస్తుంది. దీనిని మరింత బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి, నీటితో నిండిన ఒక పాత్రలో తేలుతున్న వస్తువును ఉంచండి. నీరు పూర్తిగా నిశ్చలంగా ఉంటే, దాని మొత్తం ఉపరితలంపై ప్రయోగించబడిన పీడనం సమానంగా ఉంటుంది కాబట్టి ఆ వస్తువు కదలకుండా ఉంటుంది. నీటి పీడనం అసమానంగా ఉంటే, ఒక నికర బలం ఏర్పడుతుంది, దానివల్ల ఆ వస్తువు కదులుతుంది.
పీడనంపై లోతు ప్రభావం
లోతు లేదా ఎత్తు ద్రవ పీడనాన్ని ఎలా ప్రభావితం చేస్తుంది? 10 మీటర్ల లోతులో ఉన్న సముద్రపు నీటి పీడనం, 100 మీటర్ల లోతులో ఉన్న సముద్రపు నీటి పీడనానికి సమానంగా ఉంటుందా? పటంలో చూపిన విధంగా ఒక పాత్రలోని నీటి పీడనాన్ని పరిశీలిద్దాం. ద్రవ స్తంభం యొక్క ఎత్తు h మరియు దాని అడ్డుకోత వైశాల్యం A. పాత్ర అడుగుభాగంలో నీటి పీడనం ఎంత?
w = నీటి బరువు, h = స్థూపాకార పాత్రలోని నీటి స్తంభం యొక్క ఎత్తు, A = ఉపరితల వైశాల్యం మరియు P అనేది పీడనం.

సమాచారం :
w = గురుత్వాకర్షణ
ρ = సాంద్రత
m = ద్రవ్యరాశి
g = గురుత్వాకర్షణ వలన కలిగే త్వరణం
V = hA = ద్రవ స్తంభం యొక్క ఘనపరిమాణం (h = ఎత్తు, A = ఉపరితల వైశాల్యం)
మనం దీనిని పీడన సమీకరణంలో ప్రతిక్షేపిస్తే, మనకు లభించేది:

p = ρ gh → సమీకరణం 1 (మూసి ఉన్న పాత్ర)
p = pa + ρ gh → సమీకరణం 2 (ఓపెన్ కంటైనర్)
సమాచారం :
pa = వాతావరణ పీడనం
ρ gh = జలస్థితిక పీడనం
పై చిత్రంలో వాతావరణ పీడనాన్ని చూపించలేదు, కానీ వాస్తవానికి, నీటితో నిండిన పాత్ర మూత తెరిచి ఉంటే, వాతావరణ పీడనం కూడా నీటి ఉపరితలంపై క్రిందికి పనిచేస్తుంది.
పై సమీకరణం ఆధారంగా, పీడనం ద్రవం యొక్క సాంద్రత మరియు లోతుకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుందని తెలుస్తుంది (గురుత్వాకర్షణ త్వరణం స్థిరంగా ఉంటుంది). ద్రవం యొక్క లోతు పెరిగే కొద్దీ, పీడనం కూడా పెరుగుతుంది. వాటిపై ఉన్న ద్రవం యొక్క బరువు కారణంగా ద్రవాలు దాదాపుగా సంపీడనం చెందవు, కాబట్టి ద్రవం యొక్క సాంద్రత స్థిరంగా ఉంటుంది. ఎత్తులో వ్యత్యాసం చాలా ఎక్కువగా ఉంటే (ఉదాహరణకు, చాలా లోతైన సముద్రపు నీటిలో), సాంద్రత కొద్దిగా మారుతుంది. అయితే, ఎత్తులో వ్యత్యాసం మరీ ఎక్కువగా లేకపోతే, ద్రవం యొక్క సాంద్రత దాదాపుగా ఒకే విధంగా ఉంటుంది లేదా ఆ వ్యత్యాసం చాలా తక్కువగా ఉండి దానిని విస్మరించవచ్చు.
వివిధ లోతుల వద్ద పీడన వ్యత్యాసాన్ని లెక్కించడానికి మనం పై సమీకరణాన్ని కూడా ఉపయోగించవచ్చు. పై సమీకరణాన్ని ఈ విధంగా తిరిగి వ్రాయవచ్చు:

టెకానన్ అట్మోస్ఫిర్
మనం నీటిలో మునిగినప్పుడు, మన శరీరం మొత్తం నీటితో కప్పబడి ఉంటుంది. మనం ఎంత లోతుకు వెళితే, అంత ఎక్కువ ఒత్తిడిని అనుభవిస్తాము. నిజానికి, మనం నీటిలో ఉన్నప్పుడు ఎలాగైతే వాతావరణం మన శరీరంలోని అన్ని భాగాలపై నిరంతరం ఒత్తిడి కలిగిస్తుందో, అలాగే ప్రతిరోజూ మనం కూడా వాతావరణంతో కప్పబడి ఉంటాము. సముద్రపు నీటిలో లాగే, భూమి ఉపరితలాన్ని వాతావరణం అనే "సముద్రపు అడుగుభాగం"తో పోల్చవచ్చు. వాతావరణం కూడా అన్ని వేళలా మన శరీరంలోని అన్ని భాగాలపై ఒత్తిడి కలిగిస్తుందనేది నిజమైతే, మనం సముద్రపు అడుగున ఉన్నట్లుగా ఆ ఒత్తిడిని ఎందుకు అనుభూతి చెందలేము? మన శరీరంలోని కణాలు దాదాపు బాహ్య ఒత్తిడికి సమానమైన అంతర్గత ఒత్తిడిని కలిగి ఉంటాయి. అందుకే ఈ ఒత్తిడి వ్యత్యాసం యొక్క ప్రభావాలను మనం అనుభూతి చెందలేము.
భూమి యొక్క వాతావరణ పీడనం కూడా ఎత్తును బట్టి మారుతుంది. అయితే, వాతావరణ పీడనం ద్రవాల పీడనం కంటే కొద్దిగా భిన్నంగా ఉంటుంది. లోతులో చిన్న తేడాల వల్ల ద్రవాల సాంద్రతలో మార్పు చాలా తక్కువగా ఉంటుంది, కాబట్టి ద్రవాల సాంద్రత ఒకే విధంగా ఉంటుందని భావిస్తారు. ఇది భూమి వాతావరణ సాంద్రతకు భిన్నంగా ఉంటుంది. భూమి వాతావరణ సాంద్రత ఎత్తును బట్టి గణనీయంగా మారుతుంది. వేర్వేరు ఎత్తులలో గాలి సాంద్రత భిన్నంగా ఉంటుంది, కాబట్టి పైన ఉత్పాదించిన సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి మనం వాతావరణ పీడనాన్ని లెక్కించలేము. అంతేకాకుండా, ఎత్తును కొలవడానికి స్పష్టమైన వాతావరణ సరిహద్దు ఏదీ లేదు. వాతావరణ పీడనం వాతావరణాన్ని బట్టి కూడా మారుతుంది. వాతావరణ పీడనాన్ని నిర్ధారించడానికి, మనం కొలతలు తీసుకుంటాము.
పీడన కొలత
గెలీలియో శిష్యుడైన ఇవాంజెలిస్టా టోరిసెల్లి (1608–1647), 1643లో తన పాదరస బారోమీటర్ను ఉపయోగించి వాతావరణ పీడనాన్ని కొలిచే పద్ధతిని అభివృద్ధి చేశాడు. ఈ బారోమీటర్లో పాదరసంతో నింపిన ఒక పొడవైన గాజు గొట్టం ఉండేది. పాదరసంతో నింపిన ఈ గాజు గొట్టాన్ని, అదే పాదరసంతో నింపిన ఒక పళ్ళెంలో తలక్రిందులుగా ఉంచేవారు.
పాదరసం ఉన్న గాజు గొట్టాన్ని తలక్రిందులుగా తిప్పినప్పుడు, గొట్టం చివర పాదరసంతో నిండదు, అందులో కేవలం పాదరస ఆవిరి మాత్రమే ఉంటుంది, దాని పీడనం చాలా తక్కువగా ఉండటం వల్ల దానిని విస్మరిస్తారు (p2 = 0). పలకలోని పాదరసం ఉపరితలంపై, క్రిందికి పనిచేసే వాతావరణ పీడనం ఉంటుంది (వాతావరణం పలకలోని పాదరసాన్ని నొక్కుతుంది). ఈ వాతావరణ పీడనం గాజు గొట్టంలోని పాదరస స్తంభానికి ఆధారాన్ని ఇస్తుంది. చిత్రంలో, వాతావరణ పీడనాన్ని p తో సూచించారు.o వాతావరణ పీడనం యొక్క పరిమాణాన్ని ఈ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు:
p o = ρ gh
కొలత ఫలితాల ఆధారంగా, సముద్ర మట్టం వద్ద సగటు వాతావరణ పీడనం 1,013 x 10⁵ N /m² గా ఉంది . సముద్ర మట్టం వద్ద వాతావరణ పీడనం యొక్క పరిమాణాన్ని, పీడనం యొక్క మరొక ప్రమాణమైన atm (వాతావరణం)ను నిర్వచించడానికి ఉపయోగిస్తారు. కాబట్టి 1 atm = 1,013 x 10⁵ N /m² = 101,3 kPa (kPa = కిలో పాస్కల్). పీడనం యొక్క మరొక ప్రమాణం బార్ (వాతావరణ శాస్త్రంలో తరచుగా ఉపయోగిస్తారు). 1 బార్ = 1,00 x 10⁵ N /m² = 100 kPa.
పైన ఉన్న వాతావరణ పీడన విలువను ఎలా పొందారు?
ఈ కొలత, పైన టోరిసెల్లి ప్రదర్శించిన సూత్రాన్ని ఉపయోగిస్తుంది. ఉపయోగించిన పాదరస స్తంభం యొక్క ఎత్తు 76 సెం.మీ. (వాతావరణ పీడనం కేవలం 76,0 సెం.మీ. ఎత్తు ఉన్న పాదరస స్తంభాన్ని మాత్రమే నిలబెట్టగలదు), ఇక్కడ ఉపయోగించిన పాదరసం యొక్క ఉష్ణోగ్రత సరిగ్గా 0 ఉంటుంది. oC మరియు గురుత్వాకర్షణ త్వరణం యొక్క పరిమాణం 9,8 మీ/సె2ఈ స్థితిలో పాదరసం యొక్క సాంద్రత 13,6 x 103 kg / m3వాతావరణ పీడనం:

పీడన గేజ్
పీడనాన్ని కొలవడానికి ఓపెన్ ట్యూబ్ మానోమీటర్తో సహా అనేక పరికరాలు ఉపయోగించబడతాయి.
U-ఆకారంలో ఉండే ఓపెన్-ట్యూబ్ మానోమీటర్లో, గొట్టం పాక్షికంగా ద్రవంతో (పాదరసం లేదా నీరు) నింపబడి ఉంటుంది. కొలిచిన పీడనం, గొట్టంలోకి ప్రవేశపెట్టిన రెండు ద్రవాల ఎత్తుల మధ్య ఉన్న వ్యత్యాసానికి సంబంధించినది. ఈ పీడనాన్ని ఈ సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి లెక్కిస్తారు:

సాధారణంగా, ρ gh లబ్ధాన్ని కాకుండా ద్రవం యొక్క ఎత్తును (h) లెక్కిస్తారు, ఎందుకంటే పీడనాన్ని కొన్నిసార్లు పాదరసం మిల్లీమీటర్లలో (mm hg) లేదా నీటి మిల్లీమీటర్లలో (mm H₂O) వ్యక్తపరుస్తారు . mm hg కి మరో పేరు టార్ (ఎవాంజెలిస్టా టోరిసెల్లి జ్ఞాపకార్థం).
మానోమీటర్లతో పాటు, యాంత్రిక మరియు విద్యుత్ ఏనరాయిడ్ బారోమీటర్లు, టైర్ ప్రెజర్ గేజ్లు మొదలైన ఇతర కొలత పరికరాలు కూడా ఉన్నాయి. టోరిసెల్లి వాతావరణ పీడనాన్ని కొలవడానికి ఉపయోగించిన పరికరాన్ని పాదరస బారోమీటర్ అని కూడా అంటారు, దీనిలో ఒక గాజు గొట్టాన్ని పాదరసంతో నింపి, ఆపై దానిని పాదరసం ఉన్న పలకలోకి తలక్రిందులుగా ఉంచుతారు.
రేటెడ్ ప్రెషర్, గేజ్ ప్రెషర్ మరియు అబ్సొల్యూట్ ప్రెషర్
వాహనాల టైర్లలో గాలి నింపేటప్పుడు, సాధారణంగా గాలి పీడన గేజ్ను ఉపయోగిస్తారు. ఇది టైర్ పీడనం మరీ తక్కువగా లేదా మరీ ఎక్కువగా లేదని నిర్ధారిస్తుంది. టైర్లలో గాలి నింపేటప్పుడు, టైర్ లోపల ఉన్న గాలి పీడనాన్ని మాత్రమే కొలుస్తారు. వాతావరణ పీడనాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకోరు. టైర్ పీడనాన్ని కొలిచేటప్పుడు మాత్రమే కాకుండా, చాలా ఇతర పీడన కొలతలలో కూడా వాతావరణ పీడనాన్ని కొలవరు. ఈ కొలిచిన పీడనాన్ని కొలవబడిన పీడనం (మెజర్డ్ ప్రెజర్) అంటారు. అయితే, దీనికి మరియు సంపూర్ణ పీడనానికి (అబ్సొల్యూట్ ప్రెజర్) మధ్య తేడా ఏమిటి?
సంపూర్ణ పీడనం = వాతావరణ పీడనం + కొలవబడిన పీడనం. కాబట్టి సంపూర్ణ పీడనాన్ని కనుగొనడానికి, మనం వాతావరణ పీడనానికి కొలవబడిన పీడనాన్ని కలుపుతాము. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, సంపూర్ణ పీడనం = మొత్తం పీడనం. గణితశాస్త్రపరంగా, దీనిని ఈ విధంగా వ్రాయవచ్చు:
p = pa + p కొలత
ఉదాహరణకు, మనం కొలిచే టైర్ పీడనం = 100 kPa అయితే, అప్పుడు సంపూర్ణ పీడనం:
p = pa + p కొలత
p = 101 kPa + 100 kPa
p = 201 kPa
సంపూర్ణ పీడనం = 201 kPa.
గేజ్ ప్రెషర్ అని కూడా పిలువబడే మరో పదం ఉంది. గేజ్ ప్రెషర్ అంటే వాతావరణ పీడనం కంటే అధికంగా ఉండే అదనపు పీడనం. ఉదాహరణకు, మోటార్సైకిల్ టైర్ ప్రెషర్ను పరిగణించండి. మోటార్సైకిల్ టైర్లో గాలి తీసివేసినప్పుడు, టైర్ లోపల పీడనం వాతావరణ పీడనానికి సమానంగా ఉంటుంది (వాతావరణ పీడనం = 1,01 x 105⁵ Pa = 101 kPa). టైర్లో గాలి నింపినప్పుడు, టైర్ ప్రెషర్ సహజంగా పెరుగుతుంది. టైర్ ప్రెషర్ 101 kPa ను మించినప్పుడు, ఆ అదనపు పీడనాన్ని గేజ్ ప్రెషర్ అని కూడా అంటారు.
ద్రవ పీడనం ఉదాహరణ ప్రశ్నలు
ఉదాహరణ ప్రశ్న 1:
ఒక జలాంతర్గామి 200 మీటర్ల లోతుకు మునిగింది. ఆ జలాంతర్గామి ఎంత పీడనాన్ని అనుభవిస్తుంది?
మునక? g = 10 మీ/సె2
చర్చ
ఇది తెలిసిన విషయమే:
లోతు (h) = 200 మీ
సముద్రపు నీటి సాంద్రత (ρ) = 1,03 x 103 kg / m3 = 1030 కిలోలు/మీ3 (సాంద్రత పట్టికను చూడండి)
వాతావరణ పీడనం (pa) = 1 atm = 1 x 105 N / m2 = 1x105 (కిలోగ్రాములు మీ/సె)2)/మీ2 = 1x105 కిలోగ్రాములు/మిల్లీసెకన్లు2
గురుత్వాకర్షణ వలన కలిగే త్వరణం (g) = 10 మీ/సె2
అడిగారు: ఒత్తిడి
సమాధానం :

కంటైనర్ తెరిచి ఉంది కాబట్టి వాతావరణ పీడనాన్ని లెక్కలలో చేర్చలేదు.
ఉదాహరణ ప్రశ్న 2:
10 మీటర్ల ఎత్తు గల ఒక జలాశయం నీటితో నింపబడి ఉంది. ఆ జలాశయం యొక్క ఉపరితలం అయితే
కంటైనర్ మూత మూసి ఉన్నప్పుడు, దాని అడుగు భాగంలో నీటి పీడనం ఎంత? g = 10 m/s2
చర్చ
ఇది తెలిసిన విషయమే:
ఎత్తు (h) = 10 మీ
నీటి సాంద్రత (ρ) = 1,00 x 103 kg / m3 = 1000 కిలోలు/మీ3
వాతావరణ పీడనం (pa) = 1 atm = 1 x 105 N / m2 = 1x105 (కిలోగ్రాములు మీ/సె)2) / మీ2 = 1x105 కిలోగ్రాములు/మిల్లీసెకన్లు2
గురుత్వాకర్షణ వలన కలిగే త్వరణం (g) = 10 మీ/సె2
అడిగారు: ఒత్తిడి
సమాధానం :

కంటైనర్ మూసి ఉన్నందున వాతావరణ పీడనాన్ని లెక్కలలో చేర్చలేదు.
ఉదాహరణ ప్రశ్న 3:
నీటి స్తంభం (కుడివైపు) ఎత్తు 50 సెం.మీ., కాగా మరో ద్రవ స్తంభం (ఎడమవైపు) ఎత్తు 30 సెం.మీ. అయితే, ఆ మరో ద్రవం యొక్క సాంద్రత ఎంత?
చర్చ
ఇది తెలిసిన విషయమే:
గురుత్వాకర్షణ వలన కలిగే త్వరణం (g) = 10 మీ/సె2
నీటి మట్టం (ఎత్తులో)1) = 50 సెం.మీ
నీటి సాంద్రత (ρ1) = 1,00 x 103 kg / m3 = 1000 కిలోలు/మీ3
ఇతర ద్రవ ఎత్తు (h2) = 30 సెం.మీ
ఇతర ద్రవాల సాంద్రత (ρ2) = ?
pa + ρ 1 gh 1 = pa + ρ 2 gh 2
వాతావరణ పీడనం (Pa) మరియు గురుత్వాకర్షణ త్వరణం (g) సమానంగా ఉంటాయి, కాబట్టి అవి రద్దు అవుతాయి.

ఉదాహరణ ప్రశ్న 4:
ఒక గాజు గొట్టంలో 10 సెం.మీ. ఎత్తు ద్రవం ఉంది. గొట్టం అడుగుభాగంలో నీటి పీడనం 1200 N/m.2g = 10 m/s అయితే2గాలి పీడనాన్ని విస్మరించండి. ఆ ద్రవం యొక్క సాంద్రత ఎంత?
ఎ. 800 కిలోగ్రాములు/మీ3
బి. 900 కిలోగ్రాములు/మీ3
సి. 1000 కిలోగ్రాములు/మీ3
డి. 1200 కిలోగ్రాములు/మీ3
E. 1300 kg/m3
చర్చ :
ఇది తెలిసినది :
కెటింగియాన్ ద్రవ (h) = 10 సెం.మీ = 0,1 మీటర్లు
నీటి పీడనం (P) గొట్టం అడుగుభాగంలో = 1200 N/m2
గురుత్వాకర్షణ త్వరణం (g) = 10 మీ/సె2
అడిగారు :
సాంద్రత ద్రవమా?
జవాబ్ :
సాంద్రత ద్రవం 1200 kg/m3.
సరైన సమాధానం D.
ఉదాహరణ ప్రశ్న 5:
అనుసంధానించబడిన పాత్రలలోని పాదరసం 3 సెం.మీ. ఉపరితల వ్యత్యాసాన్ని కలిగి ఉంటుంది. పాదరసం యొక్క సాంద్రత = 13,6 గ్రా/సెం.మీ.3ఎడమ వైపు గొట్టంలోని ద్రవం యొక్క ఎత్తు 10 సెం.మీ. ఆ ద్రవం యొక్క సాంద్రత ఎంత?
ఎ. 800 కిలోగ్రాములు/మీ3
బి. 1030 కిలోగ్రాములు/మీ3
సి. 1080 కిలోగ్రాములు/మీ3
డి. 1300 కిలోగ్రాములు/మీ3
E. 1360 kg/m3

చర్చ :
ఇది తెలిసినది :
బుధ గ్రహం యొక్క ఎత్తు (h) = 3 సెం.మీ = 0,03 మీ
పాదరసం సాంద్రత = 13,6 గ్రా/సెం.మీ3 = 13600 కిలోలు/మీ3
ద్రవం యొక్క ఎత్తు (h) = 10 సెం.మీ = 0,1 మీ
అడిగారు :
సాంద్రత ద్రవమా?
సమాధానం :
వ్యవస్థ స్థిర సమతౌల్య స్థితిలో ఉంది కాబట్టి ద్రవ పీడనం (ఎడమ గొట్టం) = పాదరస పీడనం (కుడి గొట్టం)
Pగాలి + పిద్రవ = Pగాలి + పిపాదరసం
గాలి పీడనం ఒకే విధంగా ఉంటుంది కాబట్టి దానిని సమీకరణం నుండి తొలగిస్తారు.
P ద్రవం = P గాలి
