الضغط الهيدروستاتيكي

• ذات صلة
• الضغط تحت الماء
• ماهو الضغط الاسموزي

الضغط الهيدروستاتيكي

لا شك بأنك قد شعرت عند وجودك في حوض السباحة بضغط يدفعك إلى الأعلى ويمنع من غوصك إلى القاع، يعرف هذا الضغط بالضغط الهيدروستاتيكي، وهو الضغط الذي يُمارسه المائع عند التوازن عند نقطة مُعينة داخل المائع بسبب قوة الجاذبية، إذ يزداد الضغط الهيدروستاتيكي بما يتناسب مع العمق المُقاس من السطح بسبب زيادة وزن المائع الذي يُمارس قوة هابطة من الأعلى.

وينطبق الضغط الهيدروستاتيكي على جميع الموائع، وهذا يعني جميع السوائل والغازات، فالمائع هو أي مادة يُمكن أن تتدفق وتغير شكلها، وتستخدم كلمة الهيدروستاتيكي للإشارة إلى مائع غير مُتحرّك، لذا فالضغط الهيدروستاتيكي يعني الضغط داخل مائع غير مُتحرك وليس الضغط الذي تُمارسه على سبيل المثال المياه الخارجة من خرطوم الحريق، ويؤثر الضغط الهيدروستاتيكي على العديد من الجوانب المهمة للغاية في المجتمع الحديث، بما في ذلك تحقيق الأمان في الفضاء وفي المياه العميقة وفي السباكة أيضًا.^[١]

تطبيقات على الضغط الهيدروستاتيكي

يتحكّم الضغط الهيدروستاتيكي في:^[٢]

• ضغط المياه في المحيط: يؤدي الضغط الهيدروستاتيكي إلى زيادة الضغط في الماء أكثر فأكثر مع زيادة العمق، فمع كثافة الماء حوالي 1000 كغم/م3 وتسارع الجاذبية حوالي 10 نيوتن/كغم، يزداد ضغط الماء بحوالي 1 بار لكل 10 أمتار من عمق المياه، إنّ ضغط المياه المتزايد أثناء الغوص على سبيل المثال يحتاج إلى استنشاق المزيد من الهواء من خزانات الغوص مع زيادة العمق، فمن أجل موازنة ضغط الماء المحيط، تُولّد الرئتان نفس الضغط من خلال الهواء المُستنشق، وإلّا ستضغط الرئتان من خلال ضغط الماء الأكبر، إذ أنه يمكن تحقيق ضغط رئوي أكبر فقط عند استنشاق المزيد من الهواء، على العكس من الدرّاجة الهوائية التي تستلزم إخراج المزيد من الهواء لتقليل الضغط على الرئتين، لذلك فإن إمداد الهواء سينفد في خزانات الغوص بشكل أسرع كلّما غاصت إلى عمق أكبر.
• وعاء الرَّي: حقيقة أنّ الضغط الهيدروستاتيكي يعتمد فقط على العمق واضح في العديد من التطبيقات في الحياة اليومية، وهو أيضًا سبب وجود نفس مستوى الماء في كل مكان في الأوعية التي تكون متصلة بالأنابيب، ويُمكن رؤية ذلك على سبيل المثال في علبة الري المملوءة بالماء وبمرور الوقت سيصبح مستوى الماء في الوعاء بنفس المستوى مع الصنبور، ومع ذلك بعد أن يمتلئ يتم الوصول إلى حالة التوازن، وفي هذه الحالة يجب أن يكون الضغط الهيدروستاتيكي الناتج عن عمود الماء في فوهة الصنبور مرتفعًا مثل الضغط الهيدروستاتيكي الناتج عن عمود الماء في العلبة، وإذا لم يكن هذا هو الحال فإن الضغط الأكبر من الضغط الهيدروستاتيكي يضغط إمّا على الماء في العلبة أو الصنبور إلى أعلى. ففي حالة التوازن يجب أن يكون الضغط الهيدروستاتيكي حتمًا نفسه وهذا يكون في الحالات التي يكون فيها مستوى الماء بين الصنبور والوعاء مشتركًا، ومن الجدير بالذكر أنَّ حقيقة الضغوط الهيدروستاتيكية المتشابهة في حالة التوازن تظهر أيضًا من خلال حقيقة أنَّ الضغوط في السوائل تعمل بالتساوي في جميع الاتجاهات، وبالتالي لا يُمكن أن يكون هناك ضغطان هيدروستاتيكيان مختلفان عند عُمق مُعيّن، فلو كان هذا هو الحال فستتشكل التيارات ولن يكون هناك توازن.
• جهاز مستوى الماء: حقيقة أنَّ مستويات المياه المتطابقة تتشكل في أوعية مُتصلة ببعضها البعض تُستخدم تقنيًّا في ما يُسمى أجهزة مُستوى المياه؛ إذ يزود الوعاءان بمقياس وتتصل ببعضهما البعض بواسطة أنبوب مَرِن مملوء بالماء، إذ يُمكن قراءة مستوى الماء من المقياس، لأنه مستوى الماء متساوٍ في الوعائين نتيجة تساوي الضغط الهيدروستاتيكي في الأنبوب فمن السهل جدًا تعيين نفس المُستوى حتى على مسافات طويلة، وتستخدم أجهزة مستويات المياه في تكنولوجيا البناء، لكن في الوقت الحاضر تُستخدم أجهزة الاستشعار الإلكترونية بدلًا منها.
• بُرج المياه: والذي يعد تطبيقًا آخر يستخدم الضغط الهيدروستاتيكي الذي يسعى للحصول على مُستوى سائل مُشترك في الأوعية المتصلة معًا، ومن حيث المبدأ فإنَّ بُرج المياه هو خزان مُرتفع مملوء بالماء بواسطة المضخّات، وبسبب الضغط الهايدروستاتيكي الناتج يُمكن تسيير المياه على المناطق المنخفضة دون مضخّات إضافية نظرًا لخزّان المياه الكبير الموجود في البرج، وعادةً ما يحتوي على عدّة لترات من المياه، إذ إنَّ مُستوى المياه ينقص ببطء نوعًا ما وهذا ما يضمن ضغط ماء ثابت تقريبًا قبل ضخ المياه مرّة أخرى إلى الخزان عندما ينخفض مُستوى الماء إلى ما دون حدّ مُعيّن. وفي الوقت الحاضر تُستخدم أبراج المياه أقل من السابق، ففي أنظمة إمدادات المياه الحديثة تُستخدم المضخّات في الغالب لنقل المياه مُباشرةً إلى المُستهلكين.

خصائص الموائع

تحدد خصائص الموائع كيفية استخدامها في الهندسة والتكنولوجيا وغيرها، كما أنها تحدد سلوكها في ميكانيكا الموائع، فكما تتشابه الموائع في بعض خصائصها لا بُدَّ من اختلافها في باقي الخصائص الأخرى ليسهل التفريق بينها ومن هذه الخصائص:^[٣]

• الكثافة، والتي يعبر عنها بالكتلة لكل وحدة حجم من المائع.
• اللزوجة، والتي تنخفض مع زيادة درجة الحرارة في السوائل وتزداد مع زيادة درجة الحرارة في الغازات.
• قابليته للانضغاط، وهو القوة المؤثرة على كل وحدة مساحة من المائع.
• درجة الحرارة، وهي التي تحدد درجة الحرارة أو البرودة للمائع، وتقاس بوحدات فهرنهايت أو سيلسيوس أو كلفن.

مَعْلومَة

إن الفروقات الرئيسية بين الضغط الهيدروستاتيكي والضغط التناضحي (الإسموزي) هي:^[٤]

• الضغط الهيدروستاتيكي يُعرف بأنه الضغط عند أي نقطة من سائل غير متدفق بسبب قوة الجاذبية، بينما الضغط الإسموزي يُعرف بأنه الضغط المطلوب لإحداث الاتزان نتيجة انتقال السائل من المحلول الأعلى تركيزًا إلى الأقل تركيزًا.
• يُلاحظ الضغط الهيدروستاتيكي في المحاليل غير المتدفقة، بينما يُلاحظ الضغط الإسموزي في المحاليل التي تحتوي على مذاب ومذيب.
• الضغط الهيدروستاتيكي يحدث في كل المحاليل النقيّة والمُتجانسة، بينما الضغط الإسموزي لا يُمكن إيجاده في المحاليل النقيّة.
• في الضغط الهيدروستاتيكي لا يستخدم غِشاء شبه نافذ، بينما في الضغط الإسموزي يستخدم غِشاء شبه نافذ.
• يختلف الضغط الهيدروستاتيكي في مستويات مُختلفة من نفس السائل باختلاف العمق، بينما الضغط الإسموزي هو نفسه في كل مكان من السائل.

المراجع

1. ↑ "hydrostatic pressure", dictionary, Retrieved 14-6-2020. Edited.
2. ↑ "Applications and examples of hydrostatic pressure", tec-science, Retrieved 14-6-2020. Edited.
3. ↑ "Properties of Fluids", mechteacher, Retrieved 15-6-2020. Edited.
4. ↑ "Difference Between Hydrostatic and Osmotic Pressure", pediaa, Retrieved 14-6-2020. Edited.