آيا هوای پيرامون ما فشار وارد می کند؟

[tower2010 696]

بارها در پيرامون خود با پديده هاي زيادي مواجه مي شويم که از علت وقوع آن اطلاعي نداريم. اين پديده ها گاهي به کمک ما آمده و گاهي براي ما دردسرايجاد مي کنند، اما به هر به عنوان يک واقعيت بايد آنها را بپذيريم و دانش خود را در باره آنها بيشتر کنيم.

اطلاع از نحوه ايجاد و شکل گيري اين پديده ها موجب مي شود که آنها را به خوبي کنترل کنيم و در جدال با آنها به پيروزي برسيم. يکي از پديده هايي که به وفور با آن سروکار داريم، پديده فشار هواست. فشار در واقع نوعي از نيرو است که يک سيال (مايع يا گاز) به سطح وارد مي کند. اين نيرو به علت تاثير گرانش بر مولکول هاي ماده است. در نتيجه مي توان گفت در يک سيال به ذرات پاييني فشار بيشتري نسبت به ذرات بالايي وارد مي شود.

هوا سيالي است که خوب با آن آشنا هستيم؛ اين سيال هم به مانند ساير سيالات داراي فشار است. فشار هواي محيط در حدود 10 به توان 5 ضربدر يک دهم 1/01 پاسکال است. اين فشار که در آزمايش لوله و ظرف حاوي جيوه و در سطح آزاد دريا به دست آمده به فشار اتمسفر يا جو موسوم است. بنابراين فشار در سطح آزاد دريا را يک اتمسفر که معادل 10 به توان 5 ضربدر 1/01 پاسکال است در نظر مي گيرند. دليل گزينش جيوه در اين آزمايش رنگ تيره تر و سنگين تر بودن آن است که مانع زياد بلند بودن لوله آزمايش مي شود اگر از آب به جاي جيوه استفاده مي شد، در نتيجه بايد از لوله اي با درازاي حدود 10 متر استفاده مي شد. با اين مقدمه سراغ کاربردهاي عملي در زمينه فشار هوا مي رويم. فشاري که هوا وارد مي کند. سبب عدم توازن بين فشار دو محيط مي شود که اين عدم تعادل پديده هاي را به وجود مي آورد که در اين مقاله قصد توضيح علت وقوع آنها را داريم.

اگر تا به حال باد لاستيک خودرويتان راخودتان باد کرده ايد حتما با گيج فشار آشنا هستيد.

اين وسيله اختلاف فشار مطلق (فشار کل) يعني فشار گاز يا هواي موجود در يک ظرف و فشار اتمسفر محل را نشان مي دهد به اين فشار، فشار گيج مي گويند. بنابراين مي توان بيان کرد. که فشار گيج از تفاضل فشار مطلق و فشار اتمسفر به دست مي آيد. براي مثال اگر فشار گيج خودرو 200 کيلوپاسکال (برابر با bar 2) را نشان دهد به اين معني است که فشار کل باد درون تاير حدود 301 کيلوپاسکال است.

مطمئنا بارها باز کردن درب شيشه سس يا کشک را تجربه کرده ايد. به خصوص آنهايي که درب فلزي دارند و احتمالا به دليل سخت باز شدن آنها، شکسته شدن يا لب پر شدن آنها را نيز تجربه کرده ايد، دليل سخت باز شدن درب چنين شيشه هايي عدم تعادل بين فشار اتمسفر و فشار درون آن است.

زماني که يک ماده گرم يا داغ درون يک بطري در بسته قرار مي گيرد، به ويژه زماني که بطري، تماما از آن مايع پر نشود، مولکول هايي که به دليل گرم بودن منبسط شده اند ناحيه خالي درون بطري را پر مي کنند و با گذشت زمان و سرد شدن مايع و به تبع آن هواي درون بطري، اين هوا فشرده و منقبض مي شود، با اين انقباض هوا فشار درون بطري کاهش پيدا کرده، ولي فشار محيط بيرون که تغيير نکرده، از فشار درون بطري بيشتر مي شود.

در نتيجه باز کردن درب اين بطري نياز به غلبه کردن بر اين اختلاف فشار است که گاهي خيلي دشوار است. يکي از سريع ترين و ساده ترين راه براي باز کردن درب چنين بطري هايي اين است که يک سوراخ کوچک در مرکز درب ايجاد کنيد، اين کار موجب مي شود مقداري هوا به درون آن نفوذ کند و باعث تعادل بين فشار درون و بيرون شيشه شود.

مورد بعدي که بايد روي آن بحث کنيم نوشيدني هايي مانند آبميوه و نوشابه هستند. حتما نوشيدن آنها را تجربه کرده ايد و از آن لذت برده ايد و شايد هم آرزو کرده ايد که محتويات درون بطري نوشابه يا آبميوه بيشتر از مقدار فعلي آن باشد. مثلا کل بطري حاوي آبميوه يا نوشابه باشد.

اما در ادامه به شما نشان مي دهيم که خالي گذاشتن مقداري از بطري دليل فيزيکي دارد. زماني که با ني محتويات درون بطري را مي نوشيد، در واقع شما ابتدا با مکيدن هواي دروني ني، سبب مي شويد که فشار هوا در داخل ني کمتر از فشار هواي بيرون شود. در نتيجه فشار زياد هواي بيرون و فشار کم درون ني موجب انتقال مايع درون بطري به دهان شما مي شود.

کاري که شما در اينجا انجام مي دهيد، همان کاري است که يک سرنگ انجام مي دهد. حالا اگر فرض کنيم کل بطري حاوي مايع باشد و يک ني را با ايجاد يک سوراخ روي درب بطري به درون آن انتقال دهيم، با اين شرط که دور ني به خوبي گرفته شده باشد، شما با در دهان گذاشتن ني قادر نيستيد مايع درون بطري را بمکيد زيرا در اين حالت جايي براي هواي اضافي درون بطري نيست. در نتيجه فشار درون ني حتي با مکيدن آن بيشتر از فشار هواي درون بطري است.

شايد تاکنون شنيده باشيد که يک بالون در ارتفاعات زياد ترکيده است يا کوهنوردي دچار خون دماغ شده است اين دو اتفاق هم مانند موارد پيشين از عدم تعادل در فشار دو محيط نشئت مي گيرد. در مورد بالون، با افزايش ارتفاع فشار اتمسفر کاهش مي يابد، در صورتي که فشار درون بالون ثابت است از اين رو کم شدن فشار محيط نسبت به فشار بالون سبب مي شود که هواي درون بالون منبسط شود و در نهايت منجر به ترکيدن آن شود.

در مورد دوم هم از آنجايي که فشار خون با فشار هوا در حال طبيعي در تعادل است، با کم شدن فشار اتمسفر در ارتفاعات نسبت به فشار خون در رگ ها سبب نازک شدن ديواره رگ هاي بيني و خون دماغ شدن مي شود.

اگر با مکانيک خودرو آشنا هستيد، احتمالا به سوراخ کوچکي در بالاي مخزن بنزين برخورد کرده ايد و دليل وجود آن را ندانسته ايد. اين سوارخ کوچک سبب نفوذ هوا به درون باک بنزين مي شود. به ويژه هنگام حرکت خودرو، هوا سبب فشار به سطح بنزين درون باک مي شود.

اگر اين سوراخ وجود نداشته باشد در نتيجه بنزين درون باک توانايي انتقال به کاربراتور را نخواهد داشت و مطمئنا موتور خودرو روشن شدن را تجربه نخواهد کرد.

يک موضوع ديگر درباره عدم تعادل فشار که خطرناک و دردناک هم است، حادثه آتش سوزي است. پديده شعله ور شدن و موضوع فرونشاندن آتش هميشه مورد تامل بوده است و پيشرفت هاي زيادي در اين زمينه صورت گرفته است. آتش هاي عظيم اين توانايي را دارند که هواي اطراف خود را با شدت زيادي بمکند اين عمل دريافت اکسيژن براي عمل سوختن است، هواي مکيده شده توسط آتش سبب ايجاد يک خلا نسبي در اطراف آتش مي شود.

اين خلا که فشارش از فشار محيط دورتر کمتر است، سبب حرکت هوا از محيط دورتر به درون آتش مي شود، حالا اگر فردي در نزديکي چنين آتشي قرار بگيرد، به همراه نيروي عظيم هوا به درون آتش کشيده مي شود. اين موضوعي است که آتش نشان ها به خوبي از آن مطلع هستند. حالا جاي آن است که يک موضوع ديگر را به اين مطالب اضافه کنيم. تغيير سرعت حرکت جسم سبب تغيير فشار محيط اطراف آن جسم مي شود. اين موضوعي بود که "دانيل برنولي" به آن پي برد. دانيل برنولي در سال 1762 ميلادي گفت در سيال هر گاه سرعت کم شود، فشار بالا مي رود و بر عکس وقتي سرعت زياد شود فشار کاهش مي يابد.

از اين پس که با قانون برنولي آشنا شديم مي توانيم به توضيح کاربردهاي عملي آن بپردازيم. حتما تا به حال سفر با قطار را تجربه کرده ايد و احتمالا زماني که در ايستگاه منتظر آمدن قطار بوده ايد، اين موضوع را که گفته مي شود از قطار فاصله بگيريد شنيده ايد. دليل اين موضوع اين است که وقتي شما در فاصله اندکي از قطار قرار گرفته ايد و قطار با سرعت به ايستگاه و شما نزديک مي شود.

اين حرکت موجب مي شود که هواي بين شما و قطار کم شود. يعني يک خلا نسبي ايجاد شود. ولي فشار اطراف شما که تغيير نکرده باعث هل دادن شما به سمت قطار مي شود. همين پديده براي دو هواپيما، دو کشتي و يا دو کاميون اگر در فاصله کمي از هم حرکت کنند رخ مي دهد. بنابراين توصيه را جدي بگيريد و از نزديک شدن به خودروها و قطارهاي در حال حرکت مي باشند خودداري کنيد.

پديده هايي که از عدم تعادل در فشار دو محيط رخ مي دهند، هميشه ناگوار و زيان بار نيستند مانند پنکه. اساس کار پنکه بر مکش و دمش است زماني که چرخش پنکه آغاز مي شود، پشت آن يک خلا ايجاد مي شود و هواي دورتر که فشار بيشتري دارند براي پر کردن اين خلا به سمت پشت پنکه حرکت مي کنند و به درون پنکه نفوذ مي کنند. سپس اين هواي نفوذ کرده به کمک پره هاي پنکه به سمت جلو دميده مي شود و ايجاد باد مي کند.

يکي ديگر از آثار اصل برنولي را مي توان در بال هواپيما مشاهده کرد. اگر بال هواپيما را از سمت کناري هواپيما ديده باشيد، داراي ظاهري به شکل قطره آب است يعني بالاي آن کوژ و پايين آن داراي انحناي کمي نسبت به بالاي آن است اين نوع شکل سبب مي شود هواي روي سطح بالايي مسير بيشتر و روي سطح پاييني بال مسير کمتري را طي کند.

بنابراين هوا در سطح بالايي داراي سرعت بيشتري نسبت به سطح پاييني بال مي شود و طبق قانون برنولي به سطح زيرين فشار بيشتري وارد مي شود که سبب ايجاد نيروي بالا برنده مي شود. همين شکل بال و قانون در مورد ملخ هليکوپتر هم صادق است. يعني انحناي بال باعث اختلاف فشار زيادتري بين سطح پاييني و بالايي بال شده و موجب ايجاد نيروي برا مي شود.

اينها تنها تعداد کم و معروفي از کاربردهاي عملي فشار مي باشند که بارها در پيرامون خود با آنها روبه رو شده ايم. با خواندن اين مقاله قادر خواهيم بود که به علت وقوع ساير پديده هاي مشابه پي ببريم و آنها را براي اهداف مورد نظر خود هدايت کنيم.