الهيدروستاتيك هو فرع من فروع الفيزياء يدرس خصائص السوائل أثناء الراحة. على وجه الخصوص ، فإنه يؤسس علاقات مع الضغط على الأجسام المغمورة في السوائل مثل الهواء والماء.
نظرةأيضا:مفاهيم مهمة لدراسة الهيدروستاتيك
ما هي الهيدروستاتيك؟
ال الهيدروستاتيك هو مجال فيزيائي يدرس خصائص السوائل أثناء الراحة. من بين الخصائص الفيزيائية للسوائل ، يمكننا إبراز أهمها: كثافة,الضغط وقوة الطفو. نحن نفهم كمواد سوائل قادرة على اتخاذ شكل الحاوية الخاصة بها ، وتغيير شكلها تحت تأثير بعض القوى الخارجية.
ال كثافة هي معلمة مهمة ، حيث تقيس هذه الخاصية كمية المادة الموجودة في السائل في مساحة معينة. وفقًا للنظام الدولي للوحدات (SI) ، يتم قياس كثافة السائل بـ كيلوغراماتلكلمترو الانفاقمكعب (كجم / متر مكعب).
ال الضغطهيدروستاتيكي يقيس ال القوة لكل وحدة مساحة أن السائل الموجود في حالة السكون قادر على التأثير على السطح. كلما زاد عمق الجسم في السائل ، زاد الضغط عليه. وحدة الضغط في النظام الدولي للوحدات هي عيد الفصح (Pa) ، وهو ما يعادل ضغط 1 نيوتن لكل متر مربع (N / م²).
ا الطفو وهي بدورها القوة التي يمارسها كل سائل على الأجسام المغمورة فيه. قوة الطفو مسؤولة عن طرد فقاعات الغاز من المشروبات الغازية. بالإضافة إلى ذلك ، فإنها تجعل الفلين أو السفينة أو مكعب ثلج يطفو على الماء. تم وصف قوة الطفو بواسطة
نظرية أرخميدس, ووحدتك هي نيوتن (ن).الضغط الهيدروليكي
ال الضغطهيدروستاتيكي هو الضغط الذي يمارسه عمود من السوائل في حالة السكون. لحساب معامل الضغط الهيدروستاتيكي الذي يمارسه مائع ، نستخدم المبدأأساسييعطيالهيدروستاتيك:
يتم تحديد فرق الضغط بين نقطتين في مائع من خلال حاصل ضرب كثافته ، ومعامل الجاذبية المحلي ، وفرق الارتفاع بين هذه النقطتين. |
ينص المبدأ الأساسي للهيدروستاتيكا على أنه كلما كان عمق المائع أعمق ، زاد الضغط الذي يمارسه.
يمكننا ترجمة المبدأ الأساسي لـ الديناميكا المائية في المعادلة التالية:
Δ ص - فرق الضغط (باسكال)
د - كثافة السوائل (كجم / م 3)
أوه - فرق الارتفاع بين نقاط السوائل (م)
يسمح لنا التحليل الدقيق للمبدأ المعروض أعلاه باستنتاج ما يلي:
نقطتان تكمن في نفس الارتفاع في السائل سيكون لديهم نفس الضغط ؛
كل السوائل فيها الرصيد يعرض سطحه الحر مرتبة في الاتجاه عرضي؛
مع زيادة الضغط في السائل عمق.
→ نظرية باسكال والضغط
بالنسبة الى نظرية باسكال, كل ضغط يزيد على سائل مثالي ، أي سائل غير قابل للضغط, مستمر و بدوناللزوجة ينتقل بشكل متجانس عبر حجمه. أحد تطبيقات مبدأ باسكال هو تشغيل المكابس والمكابس الهيدروليكية.
F - القوة المطبقة (N)
ال - مساحة تطبيق القوة (م²)
الهيدروستاتيكا والكثافة
ال كثافة إنها واحدة من أهم خصائص السائل. من خلاله ، من الممكن تحديد كمية المادة التي تشكل سائلًا في حجم معين. يظهر تعريف الكثافة أدناه:
د - الكثافة (كجم / م³)
م - الكتلة (كلغ)
الخامس - الحجم (م ³)
تُقاس كثافة المائع بناءً على كثافة الماء النقي ، الذي يكون معامله 1.0 كيلوغراملكلمترو الانفاقمكعب. هناك عدة وحدات كثافة شائعة الاستخدام في دراسة الهيدروستاتيك. تحقق من بعضها في الشكل أدناه واغتنم الفرصة لمعرفة كيفية إجراء تحويلات الوحدة عند الضرورة:
التكافؤ بين وحدات الكثافة الرئيسية.
نظرةأيضا: الفروق بين الكثافة والكتلة النوعية
الطفو والهيدروستاتيك
عند إدخاله في سائل ، يحتل الجسم جزءًا من الفراغ الذي كان يشغله السائل نفسه سابقًا. وبالتالي ، فإن السائل سيؤثر على هذا الجسم بقوة موجهة لأعلى بمقدار مساوٍ لوزن السائل الذي تم إزاحته بسبب إدخال الجسم بداخله.
التعريف المقدم أعلاه تم تطويره بواسطة أرخميدسفيسيراكيوز ، مهم عالم رياضيات ، مخترع و فيزيائي اليونانية. البيان الأصلي الخاص بك معروض أدناه:
"كل جسم مغمور في سائل أثناء الراحة يخضع ، من جانب السائل ، لقوة رأسية صاعدة ، تكون شدتها مساوية لوزن السائل الذي أزاحه الجسم." |
يمكن حساب معامل قوة الطفو باستخدام التعريف التالي:
يعتمد الدفع المبذول على حجم (V) السائل المزاح عن طريق إدخال الجسم ، وكثافة السوائل والجاذبية الموضعية.
الطفو الذي يمارسه السائل لاسوف تعتمد، لذلك ، من وزنمنالجسم أو لك كثافة، لكن نعم كثافةمنسائليعطي الجاذبيةمحلي إنه من أربعة حجمالخامسفيسائلالنازحين ، وهو بالمناسبة مساو الى أربعة حجمالخامس من جزء الجسم هذا مغمور في ال سائل.
على الرغم من أن الطفو لا يتحدد بكثافة الجسم ، من خلال العلاقة بين الجسم وكثافة السوائل ، فمن الممكن معرفة ما إذا كان الجسم سوف تطفو, سيبقىفيالرصيد أو سوف تغمر. يشاهد:
إذا كان الجسم أكثركثيف أن القاع سوف يميل إلى الغرق ؛
إذا كان الجسم لديه كثافة التالي السائل ، سوف يميل إلى البقاء في حالة توازن ؛
إذا كان الجسم لديه كثافة الأصغر من كثافة السائل ، فإنه يميل إلى التقلب.
الوزن الظاهر
وزنواضح هي نتيجة القوى وزن و الطفو التي تعمل على جسم مضمن في سائل. عندما يغطس الجسم في السوائل ، سيظهر أكثر "ضوء" مما هو عليه في الحقيقة. هذا لأن قوة الطفو تؤثر على هذا الجسم في الاتجاه عمودي، لافتا دائما لفوق.
ا وزنواضح يمكن حسابها على النحو التالي:
صAP - الوزن الظاهر (N)
ص - وزن الجسم (N)
و - الضغط على الجسم (N)
الصيغ الهيدروستاتيكية
تحقق أدناه من بعض الصيغ الرئيسية المستخدمة في دراسة الهيدروستاتيك.
→ المبدأ الأساسي للهيدروستاتيكا
يجعل المبدأ الأساسي للهيدروستاتيكا من الممكن حساب فرق الضغط بين نقطتين على ارتفاعات مختلفة داخل سائل مثالي.
→ كثافة
تقيس الكثافة كمية المادة الموجودة في سائل أو جسم لكل وحدة مساحة تشغلها:
→ نظرية باسكال
تشير نظرية باسكال إلى أن الزيادة في الضغط على سائل التوازن تتوزع فوقه بطريقة متكاملة ومتجانسة:
→ الطفو
الطفو هو القوة التي يبذلها السائل الذي تم إزاحته من موضعه نتيجة إدخال الجسم. يعتمد الطفو على حجم السائل المزاح والجاذبية المحلية وكثافة السوائل:
→ الوزن الظاهر
الوزن الظاهر هو القوة الناتجة عن الجسم المُدخل كليًا أو جزئيًا في السائل:
تمارين هيدروستاتيكية
1. حدد فرق الضغط بين نقطتين تقعان على عمق 10 م و 20 م في بحيرة مائية معتدلة الملوحة بكثافة تساوي 1200 كجم / م 3.
يتبنى:
ز = 10 م / ث²
القرار
لحساب فرق الضغط بين النقطتين المذكورتين في التمرين ، سنستخدم المبدأ الأساسي للهيدروستاتيكا:
'
بهذه الطريقة ، سيكون لدينا الحساب التالي:
من جانبي رافائيل هيلربروك