الضغط ، في الفيزياء ، هو القوة مقسومة على مساحة الوحدة. القوة ، بدورها ، هي تسارع الكتلة مضروبة. وهذا يفسر سبب كون المغامر الشتوي أكثر أمانًا على الجليد المشكوك فيه إذا استلقي على السطح بدلاً من الوقوف منتصباً ؛ القوة التي يبذلها على الجليد (كتلته مضروبة في التسارع الهابط بسبب الجاذبية) هي نفسها في كلتا الحالتين ، ولكن إذا كان عند الاستلقاء بشكل مسطح بدلاً من الوقوف على قدمين ، يتم توزيع هذه القوة على مساحة أكبر ، وبالتالي تقليل الضغط الواقع على جليد.
يتعامل المثال أعلاه مع الضغط الساكن - أي أنه لا شيء يتحرك في هذه "المشكلة" (ونأمل أن يظل على هذا النحو!). يختلف الضغط الديناميكي ، حيث يتضمن حركة الأجسام عبر السوائل - أي السوائل أو الغازات - أو تدفق السوائل نفسها.
معادلة الضغط العام
كما لوحظ ، الضغط هو القوة مقسومة على المنطقة ، والقوة هي تسارع الكتلة مضروبة في الكتلة. كتلة (م) ، ومع ذلك ، يمكن كتابتها أيضًا كمنتج للكثافة (ρ) والحجم (الخامس) ، لأن الكثافة هي مجرد كتلة مقسومة على الحجم. أي منذ:
\ rho = \ frac {m} {V} \ text {then} = m = \ rho V.
أيضًا ، بالنسبة للأشكال الهندسية العادية ، فإن الحجم مقسومًا على المساحة ينتج عنه الارتفاع ببساطة.
هذا يعني أنه بالنسبة لعمود سائل يقف في أسطوانة على سبيل المثال ، فإن الضغط (ص) في الوحدات القياسية التالية:
P = {mg \ above {1pt} A} = {ρVg \ above {1pt} A} = ρg {V \ above {1pt} A} = ρgh
هنا،حهو العمق تحت سطح السائل. يكشف هذا أن الضغط عند أي عمق للسائل لا يعتمد في الواقع على كمية السوائل الموجودة ؛ يمكن أن تكون في حوض صغير أو في المحيط ، والضغط يعتمد فقط على العمق.
الضغط الديناميكي
من الواضح أن السوائل لا تجلس في الخزانات فقط ؛ إنها تتحرك ، وغالبًا ما يتم ضخها عبر الأنابيب للانتقال من مكان إلى آخر. تمارس السوائل المتحركة ضغطًا على الأشياء الموجودة بداخلها تمامًا كما تفعل السوائل الواقفة ، لكن المتغيرات تتغير.
ربما سمعت أن الطاقة الكلية لجسم ما هي مجموع طاقته الحركية (طاقة حركته) وإمكاناته الطاقة (الطاقة التي "تخزنها" في تحميل الربيع أو أن تكون أعلى بكثير من سطح الأرض) ، وأن هذا المجموع يظل ثابتًا في حالة الإغلاق الأنظمة. وبالمثل ، فإن الضغط الكلي للسائل هو ضغطه الساكن ، معطى بالتعبيرρghمشتق أعلاه ، مضافًا إلى ضغطه الديناميكي المعطى بالتعبير (1/2)ρv2.
معادلة برنولي
القسم أعلاه هو اشتقاق لمعادلة حرجة في الفيزياء ، مع ما يترتب على ذلك من آثار يتحرك من خلال سائل أو يتدفق نفسه ، بما في ذلك الطائرات أو الماء في نظام السباكة ، أو كرات البيسبول. رسميا ، هو كذلك
P_ {total} = ρgh + {1 \ أعلى {1pt} 2} ρv ^ 2
هذا يعني أنه إذا دخل سائل إلى نظام عبر أنبوب بعرض معين وعلى ارتفاع معين وغادر النظام من خلال أنبوب بعرض مختلف وعلى ارتفاع مختلف ، يمكن أن يظل الضغط الكلي للنظام ثابت.
تعتمد هذه المعادلة على عدد من الافتراضات: أن كثافة السائلρلا يتغير ، وتدفق السوائل ثابت ، وهذا الاحتكاك ليس عاملاً. حتى مع هذه القيود ، فإن المعادلة مفيدة للغاية. على سبيل المثال ، من معادلة برنولي ، يمكنك تحديد أنه عندما يترك الماء مجرى به امتداد بقطر أصغر من نقطة دخوله ، سوف يسير الماء أسرع (وهو على الأرجح حدسي؛ تظهر الأنهار سرعة أكبر عند المرور عبر القنوات الضيقة) وسيكون ضغطها بسرعة أعلى أقل (وهو على الأرجح ليس بديهيًا). هذه النتائج تأتي من الاختلاف في المعادلة
P_1 - P_2 = {1 \ أعلى {1pt} 2} ρ ({v_2} ^ 2 - {v_1} ^ 2)
وبالتالي إذا كانت الشروط موجبة وكانت سرعة الخروج أكبر من سرعة الدخول (أي ،الخامس2 > الخامس1) ، يجب أن يكون ضغط الخروج أقل من ضغط الدخول (أي ،ص2 < ص1).