فصل 7
فشار
1- آيا تا ب حال فكر كرده ايد كه چرا يك پونز ي ميخ نوك تيز به راحتي در ديوار گچي فرو مي رود؟
ج: زيرا نوك آن تيز است و فشاري كه پونز به ديوار گچي وارد مي كند زياد مي باشد.
2- اسكيموها براي جلوگيري از فرورفتن در برف به كف كفش هاي خود، دو صفحه ي بزرگ – مثل راكت تنيس – مي بندند. چرا؟
ج: با بستن دو صفحه ي بزرگ به كف كفش ها، سطح زياد مي شود، پس فشار وارد بر برف كم مي شود و در برف فرو نمي ورند.
3- چه علتي سبب انتقال يك مايع از ظرفي به ظرف ديگر فقط به وسيله ي يك لوله ي پلاستيكي مي شود؟
ج: اختلاف فشار مايع درون دو ظرف باعث انتقال مايع مي گردد.
فكر كنيد ص 77
درباره ي عبارت هاي زير فكر كنيد، آيا مي توانيد اين پديده ها را به مفهومي كه در ذعن خود از فشار داريد مربوط نماييد؟
- لبه ي تيز چاقو گوشت را به راحتي مي برد اما لبه ي پهن آن را نمي برد.
ج: وقتي لبه ي چاقو تيز است، فشار وارد بر گوشت بيش تر و وقتي لبه ي آن پهن است، نيرو در سطح وسيع تري پخش مي شود و فشار وارد بر گوشت كم تر است.
- ميخ از سر تيزش در چوب فرو مي رود اما از سر پهنش فرو نمي رود.
ج: نوك تيز ميخ فشار بيشتري را به چوب وارد مي كند.
- مرتاض هاي هندي روي يك تخت چوبي پوشيده از ميخ مي خوابند اما نمي توانند روي آن بايستند.
ج: وقتي مرتاض هندي روي تخت مي خوابد سطح زياد و فشار كم است، اما وقتي مي ايستد سطح كم و فشار زياد است و ميخ ها در پاهايش فرو مي رود.
4- فشار را تعريف كنيد.
ج: فشار مقدار نيرويي است كه به طور عمود بر سطح وارد مي شود.
5- فشار از چه معادله اي به دست مي آيد؟
|
نيرو سطح |
|
= فشار |
نيرو بر حسب نيوتن (n)، سطح بر حسب مترمربع ( ) و فشار بر حسب پاسكال (pa)
آزمايش كنيد ص 78
1- در فاصله ي حدوداً 30 سانتي متري ديواري بايستيد و بدن خود را كمي به پهلو خم كنيد تا مقدار از نيروي وزن شما، روي كف دستتان بيفتد و از طريق كف دست به ديوار وارد شود.
2- در مرحله ي بعدي، به اندازه ي كف دست از ديوار دور شويد تا زاويه ي بدن شما با ديوار چندان تغيير نكند، حالا به جاي كف دست، نيروي وزنتان را روي نوك انگشت خود بندازيد. آيا تفاوتي احساس مي كنيد؟
ج: با توجه به رابطه ي فشار هر چه سطح كمتر باشد فشار وارد بر سطح بيشتر مي شود. وقتي سطح تماس دست خود را با نوك انگشت عوض مي كنيم، مساحت سطح و تماس كمتر مي شود و فشار افزايش مي يابد. اگر دقت كنيم، مشاهده مي كنيم كه با انگشت خود فشار بيشتري را به ديوار وارد مي كنيم.
مقايسه كنيد ص 78
براي آشنايي بيشتر با مفهوم فشار، يك قطعه فلز به شكل مكعب مستطيل به ابعاد 4 × 10 ×20 سانتي متر و به وزن 40 نيوتن را در نظر بگيريد. محاسبه كنيد كه اگر اين جسم روي هر يك از سطح هاي خود قرار بگيرد، بر سطح ميزي كه زير آن است چه فشاري وارد مي كند. (از معادله ي فشار استفاده كنيد)
حالت 1- اگر مكعب مستطيل روي سطح 20 ×10 سانتي متري خود قرار بگيرد، مساحت سطحي كه در تماس با ميز است برابر است با:
|
نيرو مساحت سطح |
|
= فشار |
N/cm2 2/0 = =
واحد فشار در اين حالت بر حسب نيوتن بر سانتي متر مربع به دست آمده است. اينك شما فشار مكعب بر سطح ميز در حالت 2 و 3 را محاسبه كنيد.
در كدام حالت فشار چوب بر سطح زمين بيش تر است؟
ج: در حالت دوم
|
نيرو مساحت سطح |
|
= فشار |
در حالت سوم:
|
نيرو مساحت سطح |
|
= فشار |
نتيجه: در حالت سوم فشار چوب بر سطح زمين بيش تر است، زيرا نيروي وزن چوب در سطح كم تري پخش شده است و مي توان گفت اگر نيرو ثابت بماند، هر چه مساحت سطح كوچك تر باشد، ميزان فشار وارد بر سطح بيش تر است.
6- اگر نيرو ثابت بماند و مساحت سطحي كه نيرو به آن وارد مي شود كوچك تر و كم تر شود، فشار چگونه تغيير مي كند؟
ج: ميزان فشار وارد بر سطح بيش تر مي شود.
تمرين كنيد ص 79
1- اگر نيرويي كه در آزمايش صفحه ي قبل بر ديوار وارد مي شود، حدود 20 نيوتن و مساحت نوك انگشت شما حدود 1 سانتي متر مربع باشد، محاسبه كنيد فشاري كه به وسيله ي نوك انگشت شما به ديوار وارد مي شود چقدر است؟
ج:
N 20 = نيرو
|
نيرو مساحت سطح |
|
= فشار |
=
2- با فرض ثابت ماندن نيرو در هر دو حالت و با تخمين مساحت كف دست خود، ميزان فشار را در اين حالت محاسبه كرده و با حالت قبلي مقايسه كنيد.
ج: وقتي كف دست خود را روي ديوار قرار مي دهيم، نيرو دزر سطح وسيع تري پخش مي شود و فشار وارد بر ديوار كم تر مي شود.
N 20 = نيرو
|
نيرو مساحت سطح |
|
= فشار |
=
تفسير كنيد ص 80
1- وقتي شما لبه ي تيز چاقو را روي گوشت مي گذاريد آن را مي برد، اما لبه ي پهن چاقو نمي تواند اين كار را بكند. علت چيست؟
ج: با توجه به رابطه ي فشار هر چه سطح كوچكتر باشد فشار بيشتر و مؤثرتر است. لبة تيز چاقو سطح كمتري دارد و به راحتي گوشت را مي برد.
2- چرا يك ميخ به راحتي با فشار دست در ديوار گچي فرو نمي رود اما يك پونز به راحتي در آن فرو مي رود؟
|
نيرو مساحت سطح |
|
= فشار |
بحث كنيد ص 80
ما در اين قسمت از يكاي نيوتن بر سانتي متر به عنوان واحد سنجش فشار استفاده كرديم. آيا مي توانيد مفهوم اين يكا را در چند جمله براي دوستان خود بيان كنيد.
ج: يكاي نيوتن بر سانتي متر مربع به اين معني است كه نيروي يك نيوتن بر سطح يك سانتي متر مربع به طور عمود وارد شده است.
7- واحد فشار در فيزيك چيست؟
ج: در فيزيك واحد فشار نيوتن بر مترمربع است كه به آن پاسكال (pa) مي گويند.
8- چرا واحد فشار را پاسكال مي نامند؟
ج: واحد فشار را به افتخار پاسكال، فيزيك دان مشهور فرانسوي به نام او ناميده اند.
9- يك نيوتن بر سانتي متر مربع برابر با چند پاسكال است؟ چرا؟
ج: يك نيوتن بر سانتي متر مربع برابر با 10000 پاسكال است. زيرا هر متر مربع برابر 10000 سانتي متر مربع است.
10- فشار در مايعات در اثر چيست؟
ج: فشار در مايعات در اثر نيروي وزن آن ها به وجود مي آيند.
11- چرا در شبكه ي آب رساني شهرها، معمولاً مخزن آب را در ارتفاعي بالاتر از بقيه ي نقاط مي سازند؟
ج: زيرا آب بتواند در اثر نيروي گرانش در شبكه ي آب شهر جاري شود.
12- در يك ظرف مكعبي شكل به ضلع يك متر چند كيلوگرم آب جا مي گيرد.
ج: در حدود هزار كيلوگرم
13- مخزني به شكل مكعب به ضلع يك متر پر از آب است. از طرف آب چه فشاري بر كف مخزن وارد مي شود؟
ج: با توجه به اين كه مخزن محتوي هزار كيلوگرم آب است، پس
N 10000 = 10 × 1000 = 10 × جرم = نيرو
|
نيرو مساحت سطح |
|
= فشار |
pa 10000 =
14- مخزني كه مساحت قاعده ي آن يك متر مربع و ارتفاع آن 2 متر استع پر از آب است. فشار آب بر كف مخزن چند پاسكال است؟
ج: اين ظرف محتوي 2000 كيلوگرم آب است، پس:
N 20000 = 10 × 2000 = 10 × جرم = نيرو
|
نيرو مساحت سطح |
|
= فشار |
pa 20000 =
15- آيا فشار در مايعات به ارتفاع آن ها بستگي دارد؟
ج: بله فشار در مايعات به عمق مايه بستگي دارد. هر چه ارتفاع مايع بيش تر باشد فشار مايع بيش تر مي شود.
آزمايش كنيد ص 81
يك لوله PVC به قطر 6 يا 10 سانتي متر و به ارتفاع حدود 1 متر تهيه كنيد (معمولاً اين گونه لوله هاي خاكستري رنگ در فروشگاه هاي لوازم ساختماني به فروش مي رسند و به آن ها لوله هاي پوليكا هم گفته مي شود.)
1- روي بدنه ي اين لوله در نقاط 25، 50 و 75 سانتي متر از انتهاي آن، سوراخ هايي به قطر 5/0 سانتي متر ايجاد كنيد. براي انجام اين كار از دستگاه سوراخ كن برقي يا دستي يا يك پيچ گوشتي نوك تيز مي توانيد استفاده كنيد.
2- يك انتهاي لوله را با يك درپوش مناسب كاملاً مسدود كنيد و آن را عمودي روي مكاني بالاتر از سطح زمين بگذاريد.
3- سوراخ ها را با خمير مسدود كنيد و لوله را از آب پر كنيد. (بهتر است آن را زير شير آب قرار دهيد) سپس ناگهان سوراخ ها را باز كنيد. به چگونگي ريزش آب از سوراخ ها توجه كنيد. از اين آزمايش چه نتيجه اي مي گيريد؟ (اين آزمايش را مي توانيد با يك بطري نوشابه ي خانواده نيز انجام دهيد)
ج: از اين آزمايش نتيجه مي گيريم كه فشار در مايعات به ارتفاع آن ها بستگي دارد هر چه ارتفاع مايع بيش تر باشد فشار مايع بيش تر مي شود.
16- در شكل روبرو فشار در كدام لوله بيش تر است؟
ج: در شكل روبرو به دليل يكسان بودن ارتفاع آب در لوله ها، فشار آب در همه ي لوله ها با هم مساوي است، زيرا اگر فشار آب در يك لوله با لوله ديگر متفاوت بود آب در لوله ها به حركت در مي آمد تا فشار در همه جا مساوي شود.
17- منظور از خاصيت انتقال فشار در مايعات چيست؟
ج: منظور اين است كه مايعات فشار را به خوبي و به طور يكسان در همه ي جهات منتقل مي كنند.
18- در دستگاه ترمز اتومبيل از كدام خاصيت مايعات بهره گرفته مي شود؟
ج: در دستگاه ترمز اتومبيل از خاصيت انتقال فشار مايعات استفاده مي شود.
19- طرز كار دستگاه ترمز اتومبيل را با استفاده از خاصيت انتقال فشار مايعات توضيح دهيد.
ج: طرز كار آن به اين صورت است كه وقتي پدال ترمز را فشار مي دهيم اين فشار توسط روغن ترمز به كفشك هاي ترمز منتقل مي شود و آن ها را به كاسه ي چرخ مي چسباند. به اين ترتيب به كفشك هاي ترمز، نيرو منتقل مي شود.
20- در جك هاي روغني از چه خاصيتي استفاده شده است؟
ج: از خاصيت انتقال فشار در مايعات استفاده شده است.
21- آيا فشار هوا را مي توان به خوبي احساس كرد؟
ج: اگر دست خود را در مقابل لوله ي خروجي يك پمپ هوا بگيريم فشار هوا را به خوبي احساس مي كنيم.
آزمايش كنيد ص 83
1- در يك قوطي فلزي نوشابه ي خالي، مقداري آب داغ بريزيد، سپس آب داغ را خالي كنيد و بلافاصله با انگشت خود در قوطي را مسدود نماييد (مواظب باشيد لبه ي تيز فلز دست شما را نبرد) حالا روي قوطي آب سرد بريزيد. چه اتفاقي مي افتد؟ چرا؟
2- ليوني را پر از آب كنيد. يك برگ كاغذ كلفت را روي در آن بگذاريد. ليوان را سروته كنيد چه اتفاقي روي مي دهد؟ چرا؟
ج: 1- وقتي روي قوطي آب سرد مي ريزيم، حجم هواي داخل قوطي به دليل انقباض كم مي شود و يك فشار منفي از طرف هواي داخل قوطي ايجاد مي شود و نوك انگشتان ما به داخل كشيده مي شود.
2- برگ كاغذ ساكن مي ماند و آب درون ليوان باقي مي ماند، زيرا فشار هواي وارد بر سطح كاغذ از طرف پايين بيش تر از فشار آب داخل ليوان بر سطح بالايي كاغذ مي باشد و اين باعث مي شود تا آب نريزد.
2- علت فشار هوا چيست؟
ج: هواي اطراف زمين به وسيله ينيروي گرانشي زمين به طرف پايين كشيده مي شود، نيروي گرانش سبب مي شود كه هوا بر همه ي اجسام روي زمين فشار وارد كند.
23- آيا براي انجام كارها وجود فشار هوا مي تواند به ما كمك كند؟
ج: وجود فشار هوا در انجام بعضي كارها به ما كمك مي كند مثلاً وقتي كه با يك ني نوشيدني مي خوريم، فشار هوا مايع را از ليوان به درون دهان ما منتقل مي كند.
24- فشار هوا بر روي اجسام از چه جهت هايي وارد مي شود؟
ج: فشار هوا بر روي تمام اجسامي كه روي سطح زمين قرار دارند از همه ي جهت ها وارد مي شود.
25- چرا فضانوردان در ايستگاه هاي فضايي در شرايط بي وزني براي نوشيدن آب دچار مشكل مي شوند؟
ج: زيرا فضاي نيروي گرانش زمين وجود ندارد و آب به دهان آن ها سرازير نمي شود.
26- چگونه فضانوردان در ايستگاه هاي فضايي در شرايط بي وزني آب مي نوشند؟
ج: در چنين شرايطي آب را به وسيله ي ني مي نوشند و فشاي هواي موجود در ايستگاه فضايي اين كار را امكان پذير مي سازد.
27- عامل ايجاد فشار يك گاز بر ديواره هاي ظرف آن چيست؟
ج: عامل ايجاد فشار يك گاز بر ديواره هاي ظرف آن، ضربه هاي متوالي مولكول هاي گاز به ديواره است. هر چه مقدار گازي كه به يك ظرف دربسته وارد مي كنيم بيش تر باشد فشار گاز درون آن ظرف بيش تر مي شود.
28- چرا وقتي مقدار گازي كه به يك ظرف دربسته وارد مي كنيم بيش تر باشد فشار گاز درون آن ظرف بيش تر مي شود؟
ج: زيرا با افزايش تعداد مولكول ها، تعداد برخورد آن ها با ديواره ي ظرف افزايش مي يابد.
فكر كنيد ص 84
- مي دانيد كه اگر لاستيك ماشين يا توپ را بيش از حد باد كنيم، مي تركد علت آن چيست؟
ج: زيرا مقدار گاز بيش تري را وارد لاستيك يا توپ مي كنيم و فشار داخل آن ها بيش تر مي شود و وقتي اين فشار بيش از حد شود مي تركد.
- به نظر شما اگر دماي گازي كه در يك ظرف دربسته وجود دارد افزايش يابد فشار آن بيش تر مي شود يا كم تر؟ چرا؟
ج: فشار گاز با دماي گاز نسبت مستقيم دارد. اگر گازي را گرم كنيم. دماي آن افزايش مي يابد و فشار گاز زياد مي شود.
29- عامل فشار گازي كه در يك ظرف دربسته قرار دارد چيست؟
ج: عامل فشار گاز در يك ظرف دربسته در واقع جنبش و حركت مولكول هاي گاز مي باشد.
30- اگر هواي داخل يك قوطي حلبي را به وسيله ي پمپ هوا تخليه كنيم، چه اتفاقي مي افتد؟
ج: در اين آزمايش با خار شدن هواي داخل قوطي، فشار هواي داخل آن كم تر از فشار هواي بيرون مي شود و قوطي مچاله مي شود.
