الضغط في السوائل

بواسطة: - آخر تحديث: ٠٨:٣٩ ، ٢٥ أبريل ٢٠١٩
الضغط في السوائل

ضغط السوائل

جميع الظواهر في الطبيعة هي موجودة منذ خلق الله سبحانه وتعالى، ولكن كان دور العلماء هو اكتشافها ووضعها في إطار نظري علمي، ومنذ هذه الاكتشافات بدأ العلماء في توجيهها وتحويلها لأطر عملية خدمت البشرية على مر العصور، فكانت لحالات المادة الثلاث الصلبة والسائلة والغازية بعض الظواهر التي اكتشفها العلماء ومن الظواهر المؤثرة في هذه الحالات الثلاث الضغط ، وهو التأثير الحادث عند قوة معينة على سطح ما، ومن العلماء من اهتم بضغط السوائل الذي ينشأ بسبب الوزن الذي يُحدثه السائل، ولكن الذي اكتشفه هو العالم "بليز باسكال"، فالضغط على السوائل الموجودة في الأوعية المغلقة ينتقل على هذه الأوعية في جهات معينة، إذ يكون هذا الانتقال متساوِيًا في جميع الاتجاهات. [١]


قانون ضغط السوائل لباسكال

يشمل قانون باسكال الضغط في الموائع كلًا من السوائل والغازات على حد سواء، مع بعض الخصائص المتعلقة بطبيعة الغازات، وهذا القانون الذي اكتشفه العالم باسكال وسُمي بإسمه، خلال القرن السابع عشر، يفيد بأن الضغط المائع عندما يتغير ستتأثر به الأوساط الأخرى المتعلقة به، فالضغط الحاصل في بئر للماء المرتبط به شبكة من الأنابيب، عند تغير الضخ من هذا البئر بمقدار ما، تكون النتيجة هي تغير الضغط في جميع الأنانبيب بنفس المقدار بشرط سكون الماء، فنص مبدأ باسكال هو: " عند تأثير ضغط خارجي على مائع محصور فإن مقدار الضغط على أي نقطة في المائع سوف يزيد بنفس الضغط الذي يحدث على الوسط"، وبالتالي فإن كل واحد باسكال يساوي 1 نيوتن/متر مربع، ويمكن صياغة القانون بطريقة أخرى، وهي : إن التغير في الضغط الخارجي المؤثر على السائل المحصور ينتقل بنفس قيمة الضغط إلى جميع أجزاء السائل، وبالتالي إلى جدران الوعاء المحصور فيه السائل، ومن الجدير ذكره بأن مبدأ باسكال يُطبق على الغازات أيضًا، ولكن الفرق يكمن في أن حجم الغازات يتغير بتغير ضغطه، وبالتالي يصبح قانون باسكال فيما يتعلق بالغازات هو : " عند تأثير ضغط خارجي إضافي في غاز محصور ينتقل إلى جميع نقاط الغاز وإلى جدران الوعاء الحاوي له، ولكنه ينقص بنسبة تساوي قيمة التغير حجم الغاز، وذلك تبعًا لقانون بويل الخاص بتغير حجم الغاز عند ضغطه. [٢]


العوامل المؤثرة على ضغط السوائل

يُحدث ضغط السائل بوزنه تأثيرًا عموديًا على وحدة المساحة، وبالتالي يعتمد ضغط السائل على ارتفاع عمود السائل، أي أنه كلما زاد الارتفاع لعمود السائل زاد الضغط الذي يؤثر فيه السائل، إذن فالعلاقة بين ضغط السائل وارتفاع عمود السائل هي طردية، ويعتمد ضغط السائل على كثافته، فكلما زادت كثافة السائل زاد ضغطه، وهي أيضًا علاقة طردية. [٣]


أهم التطبيقات العملية على ضغط السوائل

لضغط السوائل تطبيقات كثيرة في حياتنا اليومية، وهي على سبيل المثال لا الحصر كالآتي : [٤]

  • علبة معجون الأسنان: عند الضغط على علبة معجون الأسنان أو ما يشبهها في نقطة ما، فإن المعجون ينطلق بسبب الضغط المؤثر على علبة معجون الأسنان، وفي تطبيق مشابه الحقن المستخدمة في الطب والمختبرات الطبية.
  • المكبس الهيدروليكي: وهو عبارة عن إسطوانتين إحداهما أكبر من الأخرى، وفيهما اتصال من الأسفل، وللتوضيح لو مُلئ أنبوب على شكل حرف U بالماء وثُبت المكبس على طرفيه، فلو ضُغط على المكبس الأيسر فإن السائل يؤثر على كمية الماء الموجودة أسفل المكبس في الطرف الآخر، وهي الآلية المستخدمة في الرافعات الهيدروليكية، إذ تكون فتحة خروج السائل أكبر من مساحة المكبس في فتحة خروج السائل، وبلغة المعادلات الرياضية فإنه يمكن التعبير عنها كالآتي: إذا كانت ق1= القوة المؤثرة على المكبس الأصغر، س1= مساحة مقطع المكبس الأكبر، ق2= القوة المؤثرة على المكبس الأصغر، س2 = مساحة مقطع المكبس الأكبر، إذ تقاس كلًا من القوة بالنيوتن والمساحة بالمتر المربع، فإن ق1/ق2 = س1/س2، والفائدة المرجوة من المكبس الهيدروليكي = س2/س1. [٥]
  • الفرامل الهيدروليكية للسيارة: نظام الفرامل المعمول به في جميع أنواع المركبات، لا سيما القديمة منها، تستخدم المبدأ الأساسي لقاعدة باسكال في ضغط السوائل، إذ ينتقل الضغط من خلال السائل والذي هو غالبًا يعدّ نوعًا من أنواع الزيوت لجميع الإسطوانات القريبة من العجلات.
  • بعض التطبيقات اليومية في نشاهدها في حياتنا اليومية هي كالآتي: [١]
    • كرسي طبيب الأسنان، إذ نجد في الكثير من الأدوات المستخدمة فيه وبتوابعه هذا المبدأ.
    • البدلة المستخدمة في الغوص داخل أعماق كبيرة في المياه.
    • المضخات الفراغية المستخدمة في مجال صناعة الادوية.
    • رافعات السيارات المستخدمة في كراجات تصليحها، وكذلك في مغاسل الآليات بمختلف أنواعها.
    • الأجهزة المستخدمة في آليات البلديات، كالرافعات الهيدروليكية المستخدمة في الإنقاذ، لا سيما للطوابق العليا.
    • أجهزة التكييف والتبريد التي تستخدم الهواء الضاغط في العمليات الصناعية، لا سيما في عمليات التبريد.
    • الأدوات المختلفة المستخدمة في المصانع، والتي من شأنها رفع المعدات أو الأوزان الثقيلة.


مبدأ برنولي Bernoulli's principle

من القواعد المتعلقة بضغط السوائل مبدأ برنولي، نسبة إلى العالم دانيال برنولي، والذي ينص على أن طاقة الموائع (السائلة والغازية) تبقى محفوظة في الموائع المتحركة، وعندما تكون حركة هذه الموائع أفقية يقل ضغطها إذا ازدادت سرعة المائع، والعكس صحيح، فإن ضغطها يزيد عندما تقل سرعة المائع، وللتوضيح، عند تحرك الماء في أنبوب ضيق بشكل أفقي يكون أسرع في حال كان الأنبوب أوسع وبنفس الظروف، وبالتالي وبحسب المبدأ فإن الضغط يكون في أقل حالاته عندما تكون سرعة حركة الماء في أقصى سرعة لها، والعكس صحيح، وينطبق أيضًا هذا المبدأ على الغازات كما في السوائل، ومن تطبيقاتها تولد قوة دفع الطائرة إلى الأعلى عند الإقلاع. [٦]


المراجع

  1. ^ أ ب Aysen، "مكتشف قانون الضغط على السوائل من هو وأهم التطبيقات على القانون"، anayemeni، اطّلع عليه بتاريخ 24-3-2019. بتصرّف.
  2. "مبدأ باسكال"، actiontime0.tripod، اطّلع عليه بتاريخ 24-3-2019. بتصرّف.
  3. "ضغط السائل"، sites.google، اطّلع عليه بتاريخ 24-3-2019. بتصرّف.
  4. "ما هو مبدأ باسكال المشهور في علم الميكانيكا"، ashams، 11-8-2017، اطّلع عليه بتاريخ 24-3-2019. بتصرّف.
  5. "مبدأ باسكال"، actiontime0.tripod، اطّلع عليه بتاريخ 24-3-2019. بتصرّف.
  6. "مبدأ برنولي"، marefa، اطّلع عليه بتاريخ 24-3-2019. بتصرّف.