فشارمایعات

روش ساده برای تخلیه مخزن‌ها

در یک مخزن آب یا نفت و یا هر مایع دیگر، معمولاً شیر در پایین‌ترین قسمت مخزن قرار دارد. وقتی مخزن در زیر خاک مدفون شود و یا پایین‌تر از دسترس ما قرار گیرد، استفاده از شیر غیرممکن می‌شود. در صورتی که به روش ساده‌ای استفاده از آن ممکن است، به شرطی که هوای فشرده در داخل مخزن انبار شده و سبب بالا آمدن مایع در لوله‌ی داخل آن شود.

 

طرز کار به این ترتیب است که به وسیله درپوش محکمی باید دهانه مخزن پوشیده شده جلوی تبادل هوا به کلی گرفته شود. همچنین در این سرپوش باید دو لوله نصب شود: یکی برای ورود هوای فشرده و دیگری برای خروج مایع. لوله هوای فشرده به سقف مخزن ختم می‌شود، در صورتی که لوله خروج مایع باید تا چند میلیمتری ته مخزن ادامه یابد. همچنین بایستی ورود هوا به داخل مخزن ممکن، اما خروج از آن غیرممکن باشد. هوای فشرده را با پمپ دستی و پمپ برقی می‌توان تأمین کرد. با این روش ساده مایعات مختلف از مخزن به سهولت خارج می‌شوند وکافی است که شما  فقط شیر خروج مایع را باز کنید تا مایع با فشار بیرون بیاید.

فشار مایعات

سه سوراخ یکسان به ارتفاعهای متفاوت در بدنه یک قوطی ایجاد کرده، سپس آن را پر از آب کنید. چه اتفاقی رخ می‌دهد؟ از کدام سوراخ آب دورتر می‌ریزد؟ در کدام نقطه فشار آب بیشتر است؟

فشار مایع در یک عمق معین در همه جهت‌ها یکسان است و از رابطه به دست می‌آید. فشار کل یک مایع، به فشار خارجی که بر سطح مایع وارد می‌شود نیز بستگی دارد.

1- فشار مایع در یک عمق معین در همه جهت‌ها یکسان است: یک مایع تحت فشار به کلیه سطوحی که در تماس با مایع است فشار وارد می‌کند و شکل سطحی که با مایع در تماس است در اندازه فشار نقشی ندارد.

2- فشار با افزایش عمق زیاد می‌شود: با افزایش عمق یک مایع، مقدار فشار نیز افزایش می‌یابد، زیرا وزن ستون مایع بالای سطح مورد نظر افزایش می‌یابد. به همین دلیل ضخامت دیواره سدها در بخش پائینی آن را خیلی بیشتر از بخش بالایی آن می‌گیرند تا بتواند فشار بیشتری را تحمل کند.

فـشار بـه شـکل ظـرف محتوی آن بستگی ندارد: اگر یک مایع را در چند ظرف با اشکال مختلف وارد کنیم مشاهده می‌شود که فشار آن در نقاط هم ارتفاع علی رغم تفاوت در شکل ظرفها یکسان است. 

فشار در داخل مایعات

 

1- فشار ستون مایع:

 فشار ستونی از مایع به ارتفاعکه به لایه زیرین خود وارد می‌کند از فرمول زیر محاسبه می‌شود:

وزن ستون مایع تقسیم برسطح =P

بزرگی نیروی وارد به کف ظرف

2- فشار کل درون مایع:

 فشار درون مایع برابر است با مجموع فشار ستون مایع و فشار وارد بر سطح مایع.

فشار وارد بر سطح مایع

فشار ستون مایع

بزرگی نیروی وارد به سطح زیرین مایع

مثال: در محلی که فشار هوا برابر 95000Pa است، فشار کل را در کف استخر پر از آبی به عمق 3m بدست آورید. ( آب)

پاسخ:                        

 

قبلاً متذکر شدیم واحد دیگری که برای فشار بکار می‌بریم واحد سانتی متر جیوه است.  70cmHg یعنی فشار ستونی از جیوه به ارتفاع 70cm  ،که برای تبدیل آن به پاسکال باید از رابطه استفاده کنیم.

مثال: تعیین کنید فشار cmHg اولاً معادل چند پاسکال است و ثانیاً معادل با فشار چه ستونی از آب است؟

پاسخ:         

  

هر جو یا اتمسفر فشاری است تقریبا معادل فشار ستونی از آب به ارتفاع 10 متر.    

 

مثال: در محلی که فشار هوا برابر 75cmHg است، ظرفی به عمق 30cm از مایعی به چگالی پر شده است. فشار کل در کف این ظرف چند cmHg است؟

پاسخ:                           

   

فشار ستون جیوه + فشار هوا = فشار کل

مثال: ارتفاع سطح آب درون مخزن در شکل  نسبت به شیر آب باید چقدر باشد، تا فشار ناشی از آب در سر شیر 50 کیلو پاسکال باشد؟

پاسخ: با توجه به رابطه ، فشار ناشی از مایع به شکل ظرف بستگی ندارد. بنابراین داریم:

نکته: با توجه به رابطه می‌توان تشخیص داد که فشار مایعات فقط به جرم حجمی مایع و ارتفاع ستون مایع و شتاب گرانش زمین بستگی دارد و همان طور که گفته شد به شکل ظرفی که مایع در آن قرار دارد بستگی ندارد ولی نیرویی که هر کدام از مایعات به کف ظرف خود وارد می‌کنند بستگی مستقیم با سطح مقطع ظرف دارد. زیرا:

سطح آزاد مایعات

دو نقطه درون مایع مانند A و B که روی یک سطح افقی واقعند در نظر می‌گیریم. چون ارتفاع دو نقطه تا سطح آزاد مایع یکی است پس است.

یعنی فشار در تمام نقاط یک سطح افقی یکسان است. از اینجا نتیجه می‌گیریم که سطح آزاد مایعات افقی است. چون فشار بر تمام نقاط آن از طرف مایع صفر است و تنها فشار هوا بر آنها وارد می‌شود که در همه جای سطح یکسان است.

مثال: در ظرفی زیر آب ریخته شده است. فشار در نقاط A و B و C را به ترتیب با PAو PB و PC نشان می‌دهیم. کدام رابطه صحیح است؟

1)                   2)

3)                    4) PA

B

 

پاسخ: چون هر سه نقطه در یک سطح افقی قرار گرفته‌اند فشار هر سه آنها برابر است حال ممکن است این سوال پیش آید که چرا در نقاط B و C ارتفاع ستون مایع با نقطه A فرق دارد. پاسخ آن است که در این نقاط اختلاف فشار حاصل از اختلاف ارتفاع بوسیله انتهای بسته لوله جبران می‌شود.

/ 0 نظر / 71 بازدید