|
فيزيک (۲)
بخش پنجم
ويژگيهاي ماده
در اين بخش با حالات مختلف ماده و ويژگيهاي آن آشنا شده و سپس به معرفي و محاسبه
فشار مي پردازيم.
حالتهاي مختلف ماده
مي دانيد که مولکولها، کوچکترين جزء سازنده ماده هستند. هر مولکول خود از دو
يا چند اتم ساخته شده است و اندازه اتمها در حدود يک انگستروم (
10-10= A1
( مي باشد.
ماده در سه حالت گاز مايع و جامد يافت مي شود:
الف – گاز:
گازها فاصله مولکولها حدود چند ده برابر فاصله مولکولها در مايع و جامد است و
مولکولها آزادانه به اطراف حرکت مي کنند.
ب – مايع:
فاصله مولکولها در مايعها کم (حدود 10-10
m)
مي باشد. مولکولهاي مايع به راحتي روي هم مي لغزند.
پ – جامد:
در جامد فاصله مولکولهاي مانند مايع است. (10-10
m)
و ملکول فقط مي تواند حرکتهاي نوساني بسيار کوچکي انجام دهند. در جامدهاي بلورين
مولکولها در طرحهاي منظمي در کنار هم قرار مي گيرند حال آنکه در جامدهاي بي شکل
ملکولها تقريباً وضعيت نامنظمي دارند.
چگالي
جرم واحد (يکا) حجم از هر جسمي چگالي آن
ناميده مي شود. چگالي با
p نمايش داده مي شود و از رابطه زير به دست مي آيد:
p =
m/v
M
جرم بر حسب
kg
وv
حجم بر حسب
m3
مي باشد.
يکايي چگالي در
SIکيلوگرم بر متر مکعب (kg/m3)مي
باشد.
نيروهاي چسبندگي
بين مولکول مايع يک نيروي ربايشي وجود دارد که نيروي چسبندگي ناميده مي شود.
براي مثال اگر به يک قطره آب که از شير مي چکد، توجه کنيد مي بينيد که قطره پس از
جدا شدن از شير در تمام طول مسير به صورت يک قطره باقي مي ماند (از هم متلاشي نمي
شود) يعني نيروي چسبندگي مولکولها را کنار هم نگه مي دارد تا قطره متلاشي نشود.
نيروي چسبندگي سطحي
نيروهايي هستند که ملکولهاي يک مايع را به سوي مولکولهاي يک ماده ديگر مي
کشند. براي مثال اگر يک قطره آب را روي شيشه بريزيم، آب به صورت قطره بر روي شيشه
قرار نمي گيرد بلکه پخش مي شود و سطح شيشه را تر مي کند زيرا نيروي چسبندگي سطحي
بين آب و شيشه از نيروي چسبندگي بين مولکولهاي آب با يکديگر است. حال اگر سطح شيشه
را چرب کنيم و قطره آبي روي آن بيندازيم، قطره آب پخش نمي شود و به صورت کروي در
مي آيد.
نيروي کشش سطحي
کشش سطحي پديده اي است که مي توان به کمک آن به وجود نيروهاي چسبندگي پي برد.
يک سوزن مي تواند روي سطح آب شناور باشد و يا يک تيغ مي تواند از سطح پهنش روي آب
شناور باشد. شايد شما ديده باشيد که پشه مي تواند روي آب بنشيند. علت وجود نيروي
کشش سطحي است. در تمام اين موارد مولکولهاي آب با نيروهاي چسبندگي يکديگر را مي
ربايند و باعث مي شوند که سطح آب مانند يک توري عمل کند که مي تواند سوزن را نگاه
دارد.
مويينگي
مويينگي از اثرهاي نيروي چسبندگي سطحي است. صعود مايع (مانند آب يا جيوه) از
داخل لوله مويينه را مويينگي گويند. علت اين پديده نيروهاي چسبندگي بين مولکولها
مي باشد. در مورد آب نيروي چسبندگي سطحي بين آب و شيشه بيشتر از نيروي چسبندگي بين
مولکولهاي آب است در نتيجه آب در لوله بالا مي رود و از سطح آب بيرون لوله هم
بالاتر مي رود و سطح آب درون لوله مويينه کاو است.
در مورد جيوه برعکس است يعني نيروي چسبندگي بين دو مولکولهاي جيوه بيشتر از
نيروي چسبندگي سطحي بين جيوه و شيشه است. سطح جيوه در درون لوله مويين، از سطح
جيوه درون ظرف پايين تر است و سطح آن کور است.
فشار
فشار بزرگي نيروي عمودي است که بر سطح
وارد مي شود و مقدار آن از فرمول زير محاسبه مي شود:
P
=
F/A
F بزرگي نيروي عمودي وارد بر سطح بر حسب نيوتون
A
سطحي که نيرو بر آن وارد شده بر حسب متر مربع
P
فشار بر حسب نيوتو بر متر مربع يا پاسکال
واحد فشار درSI
نيوتون بر متر
مربع است که پاسکال هم ناميده مي شود. يک پاسکال معادل فشاري است که يک نيروي يک
نيوتوني بر سطح يک متر مربع وارد مي کند. هر قدر نيروي عمودي وارد بر سطح افزايش
يابد و يا سطح تماس کاهش يابد بر مقدار فشار افزوده مي شود. (و بر عکس)
محاسبه فشار در مايعها
فرض کنيد در ظرف مقابل مايعي با چگالي
P داريم. مي خواهيم
فشار در عمق
h را محاسبه کنيم. فشار عبارت است از نيروي عمودي بر سطح،
که نيروي عمودي در اينجا نيروي وزن مايع است و سطح ظرف را
A
در نظر مي گيريم.
ℓ = m/v
Þ
m= ℓ v
Þ
m=
ℓhA
P= F/A
Þ
P = ℓhAg/A
Þ
p =
ℓgh
از اين رابطه مي فهميم که فشار با عمق مايع (h)
نسبت مستقيم دارد پس هر قدر عمق مايع بيشتر باشد فشار افزايش مي يابد و برعکس.
|
