الضغط في الموائع

بواسطة: - آخر تحديث: ١٢:٢٤ ، ٢٧ أغسطس ٢٠١٩

الضغط في الموائع

يُعرف ضغط الموائع بأنه الضغط الذي تمارسه الموائع؛ سواء كانت سوائل أو غازات، وتتناسب طرديًا مع الوزن النوعي عند أي نقطة، بالإضافة إلى ارتفاع المائع فوق تلك النقطة، إذ يُحدد الفرق في الضغط بين مستويين مختلفين من خلال إيجاد ناتج الفرق بين الارتفاع، والكثافة، وتسارع السقوط الحر،[١]كما يمكن تعريف ضغط الموائع بأنه مقياس للقوة لكل وحدة مساحة من المائع، إذ يمكن أن يحدث ذلك الضغط بسبب الجاذبية، أو بسبب التسارع، أو نتيجة قوى خارجية مؤثرة عليها، ولأن الموائع تتميز بعدم وجود شكل محدد لها؛ فإن الضغط ينطبق عليها في جميع الاتجاهات، كما يمكن زيادة ضغط الموائع من خلال الآلات الهيدروليكية، ومن خلال التغيرات في سرعة المائع.[٢]


خصائص ضغط الموائع

يتميز الضغط الخاص بالموائع بالعديد من الخصائص، ومن أبرزها ما يأتي:[٣]

  • تستجيب الموائع للضغط بشكل مختلف عن المواد الصلبة: إذ إن كثافة المواد الصلبة تسمح لها بمقاومة مقدار صغير من الضغط، والذي إذا زاد عن حده فإنه يؤدي إلى حدوث توتر وتشوه في المادة الصبلة، أما الموائع فإن زيادة الضغط عليها يجعلها تتعرض للتدفق بدل التشوه.
  • تمارس الموائع قوة عمودية على جدران الوعاء الموضوعة فيه: لا تتعرض لأي قوة خارجية، وبالمثل، فإن جدران الوعاء تمارس قوة على المائع، وفي كلا الحالتين تكون القوة عمودية.
  • ينتقل الضغط الخارجي المطبق على الموائع بشكل موحد في جميع أجزاء المائع.
  • تمارس الموائع ضغطًا على نفسها: بمعنى أن الضغط على الموائع الموجودة في قاع الوعاء أكبر بكثير من الموائع الموجودة في الأعلى، ويعود ذلك إلى وزن السائل الموجود فوقه.
  • الضغط المطبق على أي سطح صغير في المائع هو نفسه: بغض النظر عن اتجاه السطح المعرض للضغط.
  • يتميز الضغط بأنه عدد قياسي: أي أن لديه حجمًا ولا يوجد لديه اتجاه معين.


قانون ضغط الموائع

يزداد الضغط في الموائع بازدياد العمق، لذلك يطلق على الضغط عند نقطة معينة في المائع الناتج بسبب وزن ذلك المائع اسم ضغط المائع، ويمكن التعبير عن ضغط الموائع من خلال المعادلة التالية:[٤]

  • ضغط المائع = الضغط عند النقطة المرجعية + كثافة السائلXتسارع الجاذبية الأرضيةXالارتفاع، وبالرموز؛ ض=ض1 + ث جـ ع، إذ إن:
  • ض: ضغط المائع.
  • ض1: الضغط عند النقطة المرجعية.
  • ث: كثافة السائل، والتي تقاس من خلال قسمة كتلة الجسم على حجمه.
  • جـ: تسارع الجاذبية الأرضية، والذي يساوي 9.81 م/ث2.
  • ع: ارتفاع المائع من النقطة المرجعية.


تطبيقات عملية على ضغط الموائع

يوجد العديد من التطبيقات العملية المرتبطة بضغط الموائع، ومن أبرزها ما يأتي:[٣]

مبدأ باسكال والمكبس الهيدروليكي

يعود مبدأ باسكال إلى عالم الرياضيات والفيزيائي الفرنسي باسكال، إذ قال باسكال أن الضغط الخارجي المطبق على المائع ينتقل بمقدار موحد في جميع أجزاء المائع، وبالتالي أصبح مبدأ باسكال الأساس في تطوير المكبس الهيدروليكي، إذ يتكون المكبس الهيدروليكي المستخدم في رفع السيارات وغيرها من أسطوانات كبيرة متجاورة، وتحتوي كل أسطوانة منها على مكبس، كما توصل الأسطوانات بواسطة قناة تحتوي على سائل في الأسفل، ويوجد العديد من الصمامات التي تتحكم بتدفق السوائل بين الأسطوانتين، فعندما يطبق المرء قوة على المكبس من خلال الضغط على المكبس في أسطوانة الإدخال، فإنه ينتج عن ذلك ضغط موحد يؤدي إلى تدفق السائل في الأسطوانة الثانية، مما يؤدي إلى رفع المكبس، الذي يرفع بدوره السيارة.[٣]

يعد الضغط المطبق على المائع هو نفسه في جميع أنحاء المائع وفقًا لمبدأ باسكال، وهذا الضغط يساوي النسبة بين القوة والمساحة، إذ إن تلك النسبة هي نفسها، ولكن القوة والمساحة هما من يختلفان، ففي حالة المكبس الهيدروليكي المستخدم في متاجر السيارات، فإن مساحة سطح أسطوانة الإدخال صغيرة نسبيًا، وبالتالي ستحتاج إلى قوة صغيرة، أما أسطوانة الإخراج فتتميز بمساحة كبيرة نسبيًا، وبالتالي ستمارس قوة كبيرة نسبيًا لرفع السيارات، كما أن الفرق في الارتفاع بين الأسطوانتين من شأنه أن يجعل من رفع سيارات ثقيلة بكمية قليلة من الجهد ممكنًا.[٣]

مكبس المضخة الهيدروليكية

يعد المكبس الهيدروليكي نموذجًا بسيطًا لمكبس المضخة الهيدروليكية، والذي يستخدم في الآلات الثقيلة؛ كالجرافات، والمصاعد الهيدروليكية المستخدمة من قِبل رجال الإطفاء والعمال للوصول إلى الأماكن المرتفعة، ففي مكبس المضخة الهيدروليكية، تُعكس خصائص أسطوانات الإدخال والإخراج الموجودة في مكبس السيارات الهيدروليكي، إذ تكون أسطوانة الإدخال التي يُطلق عليها اسم الأسطوانة الرئيسية ذات مساحة سطح كبيرة، أما أسطوانة الإخراج فتكون ذات مساحة سطح صغيرة، كما تكون الأسطوانة الرئيسية قصيرة، أما أسطوانة الإخراج فتكون طويلة، وبالتالي ونظرًا لكون مساحة أسطوانة الإدخال أكبر من الإخراج، فإنه يلزمها تطبيق قوة أكبر بكثير من القوة التي ستنتج منها، وبالرغم من ذلك فإن هذا المكبس مناسب لأغراض معينة؛ إذ يحمل كمية قليلة من الأوزان إلى ارتفاعات أعلى كشجرة أو مبنى.[٣]


الموائع

تُعرف الموائع بأنها أي مادة سواء كانت سائلًا أو غازًا غير قادرة على المحافظة على شكلها، إذ تُحدِث تغييرًا مستمرًا في شكلها عندما تتعرض لقوة أو ضغط معين، إذ يكون هذا التغير مستمرًا وغير قابل للاسترداد في الجزء المعرض لقوى الإجهاد، وقد تعود الموائع المضغوطة إلى شكلها الأصلي مع الحفاظ على وجود الضغط، إذ تُمارس الموائع ضغطًا خارجيًا يُدعى بالضغط الهيدروستاتيكي، ويكون عموديًا على جدران الوعاء الموجودة فيه، ويعد المائع المثالي أبسط نماذج الموائع، وهو نموذج غير قادر على توصيل الحرارة، كما لا يحتك بجدران الأنبوب المتواجد فيه، بالإضافة إلى أنه لا يقدم أي مقاومة داخلية في حالة التدفق، كما أنه لا يستطيع تحمل أي قوى عرضية، أي أنه يفتقر إلى اللزوجة، ويشار إليه بأنه سائل غير مفضل.[٥]


المراجع

  1. "fluid pressure", dictionary, Retrieved 10-7-2019. Edited.
  2. Ron Kurtus (8-5-2017), " Fluid Pressure"، school-for-champions, Retrieved 10-7-2019. Edited.
  3. ^ أ ب ت ث ج "Pressure", encyclopedia, Retrieved 10-7-2019. Edited.
  4. "Fluid Pressure - Hydrostatic Pressure", byjus, Retrieved 10-7-2019. Edited.
  5. Erik Gregersen, "Fluid"، britannica, Retrieved 10-7-2019. Edited.