تعریف فشار و واقعیت های خواندنی درباره آن

در فیزیک، فشار، نیروی وارد بر سطح تعریف شده است. وقتی نیروهای یکسان داشته باشیم فشار بیشتر، روی ناحیه کوچک تر اعمال می شود.

فرمولی که برای محاسبه فشار مورد استفاده قرار می گیرد به صورت زیر است:

شتاب زمین (m/s² 9.8= (g

A= مساحت

نیرو کمیتی برداری و فشار کمیتی اسکالر است.

فشار چگونه اندازه گیری می شود؟

واحد استاندارد اندازه گیری فشار، پاسکال (pa) است. واحد دیگری که برای فشار استفاده می شود، نیوتن در متر مربع است که در فرمول بالا محاسبه می شود. واحد های دیگر اندازه گیری فشار عبارتند از: پوند بر اینچ مربع (ips)، بار، فشار هوای استاندارد (اتمسفر یا atm).

فشار جو یا هوا

نوع مهمی از فشار، فشار اعمال شده بر روی اشیا توسط هوا یا جو زمین است. در واقع این فشار، اندازه گیری وزن گاز بالای اشیاء است که بر روی مساحت شیء اعمال می شود. بیشترین ارتفاع، فشار هوای کمی دارد زیرا مقدار گاز بالای شیء کمتر است.

فشار مایع

یکی دیگر از اشکال مهم فشار، فشار مایع است که این فشار در زیر آب و یا در یک مایع اعمال می شود. فشار در زیر آب با افزایش عمق زیاد می شود. برای محاسبه فشار مایع از معادله زیر استفاده می شود:

P = D × g × h

( فشار  =  چگالی مایع  × گرانش زمین  × عمق شیء در مایع)

(گرانش زمین  = 9.8 m/s² )

فشار و حالت ماده

فشار بر حالت یا وضعیت ماده اثر می گذارد. ما اغلب فکر می کنیم که حالت ماده با دما می تواند تغییر کند به عنوان مثال به خاطر دما از حالت جامد به مایع یا از مایع به گاز تبدیل شود، اما فشار بر روی حالت ماده اثر می گذارد. در بیشتر موارد، در فشار بیشتر، درجه حرارت بیشتری هم برای تغییر حالت ماده نیاز است. نقطه جوش آب را مثال می زنیم. در ارتفاع زیاد، فشار هوا کم است و آب در دمای پایین به جوش می آید.

حقایق جالب درباره فشار

* واحد پاسکال به نام فیزیک شناس و ریاضیدان فرانسوی، بلز پاسکال نام گذاری شده است.

* یک پاسکال، فشار کمی است. برای مثال 101325 پاسکال برابر یک اتمسفر است.

* در برخی از موارد مانند نوک ناخن یا لبه چاقو، که سطح کوچکی دارند، نیروی بیشتری اعمال می کنند و در نتیجه فشار بیشتری به وسیله نیرو، اعمال می شود.

* زیر دریایی ها به صورتی طراحی شده اند که می توانند فشار زیادی را در اعماق آب تحمل کنند.

* فشار هوا اغلب با دستگاهی به نام بارومتر اندازه گیری می شود. امروزه بیشتر بارومترها، فشار هوا را با واحد میلی بار ( یک هزارم بار در هر سانتی متر مربع) نشان می دهند.

* تغییرات فشار هوا برای پیش بینی آب و هوا مهم است زیرا تغییرات آب و هوا می تواند با تغییرات فشار هوا  نشان داده شود.

همان طور که گفته شد، فشار به عنوان نیروی وارد بر سطح تعریف می شود و برای توصیف تأثیر بر رفتار مایع، استفاده از فشار مناسب تر و راحت تر از نیرو است. شیئی که روی سطحی قرار می گیرد، نیروی فشار بر روی سطح آن همان نیروی وزن شیء است اما در جهات مختلف، فشار و نیرو متفاوت است به شکل زیر توجه کنید:

وضعیت های فیزیکی زیادی وجود دارد اما فشار مهم ترین متغیر است.  اگرشما سیبی را پوست بکنید، فشار متغیر مهمی است: اگر چاقو تیز باشد ناحیه تماس کوچک بوده و شما با وارد کردن نیروی کمتری روی تیغه چاقو می توانید سیب را پوست بکنید. اگر شما یک تزریقی داشته باشید، فشار مهم ترین متغیر در وارد آمدن سوزن به پوست شما است. بنابراین بهتر است یک سوزن تیز داشته باشید تا یک سوزن کند. چون ناحیه کوچک تری از تماس وجود دارد، نیروی کمتری برای وارد کردن سوزن به پوست مورد نیاز است.

وقتی شما با فشار یک مایع در حالت سکون سر و کار دارید، محیط به صورت توزیع پی در پی و متوالی ماده در نظر گرفته می شود. ولی وقتی فشار گاز را در نظر می گیرید، محیط باید به صورت فشار میانگین برخوردهای مولکولی با دیواره ها محاسبه شود. فشار در یک مایع می تواند به صورت اندازه گیری انرژی در واحد حجم به وسیله تعریف کار، درنظر گرفته شود. این انرژی مرتبط با سایر اشکال انرژی سیال در معادله برنولی است.