یک مسئله از فشار

در اين بخش مي خواهيم به حل مسئله ايي در رابطه با فشار و توضيح آن بپردازيم. با ما همراه باشيد.

فرض کنيد فشار وارد بر پشت دست يک شناگر برابر 1/2 * 10⁵Pa باشد. چنين فشاري در کف استخر ٢m وجود دارد. مساحت پشت دست حدود 8/4 * 10^-3 m² است.

الف) نيروي وارد بر آن را حساب کنيد.

ب) در مورد جهت نيرو بحث کنيد.

راهنمايي و حل:

الف):  

فشار 1/2 * 10⁵Pa برابر 1/2 * 10⁵ N/_m² است و به کمک تعريف فشار مي‌توان مقدار نيرو را محاسبه نمود:

ب) :

در شکل فوق دست به موازات کف استخر است از آن جا که نيروي حاصل از فشار عمود بر سطح است، بنابراين جهت نيروي F به سمت پايين شکل است. اين نيرو در حال تعادل با نيروي ديگر که به دست وارد گشته و رو به بالاست، مي‌باشد. بنابراين دست در حال تعادل است.

اگر دست به اندازه 90 درجه بچرخد اين نيرو نيز 90 درجه دوران خواهد نمود و همواره عمود بر دست است لزومي ندارد که يک فرد در زير آب باشد تا تحت فشار قرار گيرد. 

هنگامي که روي زمين راه مي‌رويم، در زير جو زمين (که يک نوع سيال است) قرار گرفته‌ايم و فشاري همانند آب استخر به بدن ما وارد مي‌گردد. همان طور که شکل زير نشان مي‌دهد، به مقدار کافي هوا در جو وجود دارد که بتواند فشاري برابر مقدار زير را در سطح دريا به وجود آورد:

1/013 * 10⁵Pa = 1atm =فشار جو در سطح دريا

 اين مقدار فشار به عنوان يک اتمسفر (atm) شناخته مي‌شود. يک اتمسفر فشار قابل توجه‌اي است.

به شکل هاي زير توجه کنيد. بر اثر خارج شدن هواي داخل يک ظرف بنزين، ديگر هوايي داخل ظرف وجود ندارد که جداره ظرف را به بيرون براند. بنابراين نيروي وارد از خارج به اندازه کافي قوي است که بتواند آن را مچاله کند.

شکل سمت چپ يکي از روش هايي که از فشار سيال استفاده مي‌شود را نشان مي‌دهد. در معادن سنگ آهک کارگران سنگ‌ها را به صورت لايه‌اي برش مي‌زنند و در بين آن ها کيسه‌هاي هوا قرار مي‌دهند.

سپس به کمک پمپ‌هاي هوا، فشار هواي داخل کيسه‌ها افزايش يافته و بر اثر آن نيروي خيلي زيادي توليد مي‌گردد که باعث جدا شدن لايه‌هاي سنگ معدن مي‌شود.

از طرف ديگر، مواردي وجود دارد که لازم است فشار کاهش يابد به عنوان مثال، سياه گوش به راحتي مي‌تواند بر روي برف شکار کند زيرا پنجه‌هاي بزرگي دارد.

پنجه بزرگ همانند کفش اسکي عمل مي‌کند و باعث پخش شدن وزن بر روي سطح بزرگ تري مي‌گردد. بنابراين نيروي وارد بر واحد سطح يا فشار که توسط گربه بر روي سطح وارد مي‌شود کاهش يافته و به وي کمک مي‌کند که در برف فرو نرود.