لماذا يكون للنقاط ذات المستوى الواحد الضغط ذاته في السائل المتجانس،؟

1 إجابة واحدة

تُعتبر الحالة السائلة من أكثر حالات المادة تواجدًا في الطبيعة، ولكن قوى التجاذب بين الجزيئات المكوّنة للمادة في الطور السائل تُعتبر ضعيفة مقارنةً بقوى التجاذب بين جزئيات المادة الصلبة، ممّا يُعطي السائل خواص مميّزة ويتيح لها حريّة الحركة بحيث تأخذ شكل الوعاء الذي توضع فيه، وانطلاقًا من السائل الذي يتكوّن من ملايين الجزيئات يمكن تعريف جُسيم السائل الذي يُعبّر عن جزء من السائل بحيث تكون أبعاده صغير جدًا بالنسبة لأبعاد السائل وفي نفس الوقت أبعاده كبيرة مقارنة بأبعاد جزيئات السائل.

يخضع جزيء السائل الموجود ضمن وعاء (أيًا كان شكله أو نوعه) إلى تأثير من جميع جزيئات السائل الأخرى المجاورة له وبكافة الاتجاهات وبالتالي تكون محصلة هذه القوى معدومة، ولإيجاد ضغط السائل ضمن وعاء فيمكن القيام بذلك عن طريق افتراض وجود سطح وهمي عند النقطة المطلوب حساب الضغط عندها، وبذلك يكون ثقل عمود السائل الواقع فوق هذا السطح يتسبّب بضغط يُعطى بالعلاقة: P=F/S

حيث أنّ:

  • P: هو الضغط.
  • F: يُعبّر عن ثقل عمود السائل والذي يمكن حسابه من العلاقة: F = W = m ×g.
  • S: يُعبّر عن مساحة السطح الذي نقيس الضغط عنده.

ولكن الكتلة m تُحسب من قانون الكتلة الحجميّة m = ρ × V.

حيث أنّ:

  • ρ: هي الكتلة الحجميّة للسائل.
  • V: حجم عمود السائل الواقع فوق السطح S، كما أنّ V = S × h، حيث أنّ h هو ارتفاع عمود السائل.

وبالتالي فإنّ: F = W = ρ × g × h × S

وبالتعويض في علاقة الضغط: P=F/S = (ρ × g × h × S)/S

بذلك يكون الضغط عن نقطة ما من السائل يُعطى بالعلاقة التالية: P = ρ × g × h.

ولكن هذا الضغط يُعبّر فقط عن الضغط الناجم عن السائل نفسه ولا يأخذ بعين الاعتبار أو الحسبان الضغط الناتج هن الهواء (الضغط الجويّ) والذي يتعرّض له سطح السائل، وبعد إدخال الضغط الجويّ إلى المعادلة التي تُعبّر عن ضغط السائل ضمن نقطة بداخله تُصبح العلاقة بالشكل التالي: PTotal=  ρ × g × h + P0

حيث أنّ:

P0 هو الضغط الجوي الذي يُقدّر بواحدة باسكال أو بار أو نيوتن/متر مربّع إذ أنّ:

1Pascal = 0.00001 bar = 1 atm = 1 N/m2

وبالتالي نستنتج أنّ ضغط السائل المتجانس والمتوازن متساوٍ عند جميع النقاط الواقعة في المستوي الأفقي نفسه لهذا السائل، ولا يؤثّر شكل الوعاء في مقدار الضغط المطبّق عند نقطة داخل السائل أو حتى في قاع الوعاء، كما أنّ الضغط يتناسب طردًا مع عمق السائل، أي كلما ازداد عمق السائل ازداد الضغط الواقع فوقه. ويمكن التحقّق من ذلك تجريبيًا بتجربة بسيطة، نأخذ وعاء ونقوم بإحداث عدّة ثقوب فيه وفق ارتفاعات مختلفة، نملأ الوعاء بالماء فنلاحظ اندفاع الماء من ثقوب جدران الإناء وتزداد سرعة الاندفاع بازدياد عمق الثقب وذلك لزيادة الضغط المطبّق عليه.

السائل المتجانس

وتُعرف الخاصة المميّزة التي تجعل من الماء الخاضع لنفس المقدار من الضغط يقع في نفس المستوي الأفقي باسم الأواني المُستطرقة، حيث يقع السطح الحر لسائل متوازن في مستوٍ أفقي واحد لأنّ جميع نقاط السطح لهذا السائل تخضع لنفس المقدار من والذي هو الضغط الجوي.

السائل المتجانس

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "لماذا يكون للنقاط ذات المستوى الواحد الضغط ذاته في السائل المتجانس،؟"؟