الصف الثاني الثانوي - فيزياء
الوحدة الثانية: خواص الموائع الساكنة والمتحركة
الهيدروستاتيكا: ضغط السائل P = ρgh وتطبيقات الأواني المستطرقة والأنبوبة ذات الشعبتين
انقر على أي جملة للاستماع إليها مباشرة 👆
يمثل الضغط عند نقطة في باطن سائل ساكن أحد أهم المبادئ الأساسية في الهيدروستاتيكا؛ حيث يؤثر السائل بضغط في جميع الاتجاهات عمودياً على الأسطح الملامسة له نتيجة وزن عمود السائل الذي يعلو تلك النقطة. ويتعين الضغط الكلي بالعلاقة: (P = Pa + ρ gh)، حيث Pa الضغط الجوي، و ρ كثافة السائل، و g عجلة الجاذبية، و h عمق النقطة تحت سطح السائل. ويترتب على ذلك قاعدة علمية شهيرة: 'جميع النقاط الواقعة في مستوى أفقي واحد في سائل ساكن متجانس يكون لها نفس الضغط'، وهي القاعدة التي بنيت عليها الأواني المستطرقة والأنبوبة ذات الشعبتين، وفق معايير التقييم الوطنية المعتمدة.
1. قانون الضغط في باطن سائل ساكن
- ضغط السائل فقط:
P_سائل = ρ g h. - الضغط الكلي (معرض للهواء):
P_كلي = Pa + ρ g h. - العوامل المؤثرة طردياً: كثافة السائل ρ، عمق النقطة h، وعجلة الجاذبية g.
- القوة الضاغطة على قاع إناء:
F = P × A = (ρ g h) × A.
2. الأنبوبة ذات الشعبتين وتعيين الكثافة النسبية
- فكرة العمل: الضغط متساوٍ عند جميع النقاط في نفس المستوى الأفقي في السائل المتجانس:
P1 = P2. - سائلان لا يمتزجان:
ρ1 × h1 = ρ2 × h2⇒ ارتفاع السائل يتناسب عكسياً مع كثافته:h1 / h2 = ρ2 / ρ1. - الكثافة النسبية لسائل:
ρ سائل / ρ ماء = h_ماء / h_سائل. - 3 سوائل متزنة:
ρ1 h1 + ρ2 h2 = ρ3 h3.
تطبيق هندسي: تصميم السدود المائية
تبنى قواعد السدود المائية (مثل السد العالي في أسوان) بحيث تكون أكثر سمكاً عند القاع وتتدرج بالضيق نحو القمة؛ لأن ضغط الماء يزداد طردياً مع زيادة العمق (P = ρgh)، فتحتاج القواعد السفلية إلى سماكة خرسانية هائلة لتحمل القوة الضاغطة الهائلة للماء عند أقصى عمق دون تصدع.
ورشة مسائل الضغط والأنبوبة ذات الشعبتين (8 مسائل نوعية)
P_سائل = ρ g h = 1030 × 9.8 × 20 = 201,880 باسكال.
P_كلي = Pa + P_سائل = 101,300 + 201,880 = 303,180 باسكال ≈ 3.03 × 10^5 باسكال (حوالي 3 ضغط جوي).
P_كلي = Pa + P_سائل = 101,300 + 201,880 = 303,180 باسكال ≈ 3.03 × 10^5 باسكال (حوالي 3 ضغط جوي).
ρ_زيت × h_زيت = ρ_ماء × h_ماء ⇒ ρ_زيت / ρ_ماء = h_ماء / h_زيت = 8 / 10 = 0.8 (الكثافة النسبية).
الكثافة المطلقة للزيت = 0.8 × 1000 = 800 كجم/م^3.
الكثافة المطلقة للزيت = 0.8 × 1000 = 800 كجم/م^3.
لأن جميع النقاط عند قاع الأواني تقع في مستوى أفقي واحد ويكون الضغط عندها متساوياً (P = ρgh)، وبما أن السائل واحد والضغط الجوي ثابت، فيجب أن يكون الارتفاع h متساوياً في جميع الفروع.
P = (ρ g h)_ماء + (ρ g h)_زيت = (1000 × 10 × 0.8) + (800 × 10 × 0.2) = 8000 + 1600 = 9600 باسكال.
لا تتأثر إطلاقاً؛ لأن الضغط يعتمد على الارتفاع الرأسي h وكثافة السائل ρ فقط (P = ρgh) ولا يعتمد على مساحة مقطع الفرع أو شكله.
P = ρ g h = 1000 × 10 × 50 = 500,000 باسكال.
F = P × A = 500,000 × 0.05 = 25,000 نيوتن.
F = P × A = 500,000 × 0.05 = 25,000 نيوتن.
ρ_زئبق × h_زئبق = ρ_ماء × h_ماء ⇒ 13600 × h_زئبق = 1000 × 27.2.
h_زئبق = 27200 / 13600 = 2 سم.
h_زئبق = 27200 / 13600 = 2 سم.
يقل الضغط الكلي لنقصان الضغط الجوي Pa عند الارتفاعات العالية، كما يقل ضغط السائل بقدر طفيف جداً لنقصان عجلة الجاذبية g بالابتعاد عن مركز الأرض.
اضغط على أي بطاقة لاكتشاف المعنى الدقيق، واضغط على أيقونة الصوت للاستماع للنطق:
الضغط الهيدروستاتيكي
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
الضغط الناشئ عن وزن عمود السائل المؤثر عمودياً على وحدة المساحات (P = ρgh)
💡 إضاءة وتوضيح: كمية قياسية
السطح الفاصل
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
المستوى الأفقي الفاصل بين سائلين غير ممتزجين في أنبوبة السريان أو الاتزان
💡 إضاءة وتوضيح: مستوى مرجعي
الأواني المستطرقة
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
مجموعة أوانٍ متصلة من أسفل يستقر فيها السائل عند نفس الارتفاع الأفقي
💡 إضاءة وتوضيح: تطبيق هيدروليكي
الأنبوبة ذات الشعبتين
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
أنبوبة على شكل U تستخدم لتعيين الكثافة النسبية لسائل ومقارنة الكثافات
💡 إضاءة وتوضيح: أداة معملية
الضغط الجوي المعياري
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
وزن عمود الهواء المؤثر على وحدة المساحات عند مستوى سطح البحر (1.013 × 10^5 باسكال)
💡 إضاءة وتوضيح: ثابت فيزيائي
السوائل غير الممتزجة
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
سوائل لا تذوب في بعضها كالزيت والماء والزئبق لتفاوت قوى التماسك
💡 إضاءة وتوضيح: خاصية كيميائية فيزيائية
السد الخرساني
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
منشأ مائي يبنى بقواعد عريضة سميكة لمقاومة الضغط المتزايد مع العمق
💡 إضاءة وتوضيح: تطبيق هندسي
مستوى الاتزان الأفقي
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
المستوى الذي يتساوى عنده الضغط في جميع نقاط السائل المتجانس الساكن
💡 إضاءة وتوضيح: قاعدة فيزيائية
باسكال
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
الوحدة الدولية لقياس الضغط وتكافئ نيوتن لكل متر مربع (N/m^2)
💡 إضاءة وتوضيح: وحدة قياس
العمق الرأسي
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
البعد العمودي للنقطة تحت سطح السائل الحر h
💡 إضاءة وتوضيح: متغير طردي
الضغط الكلي المطلق
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
مجموع الضغط الجوي Pa وضغط عمود السائل ρgh
💡 إضاءة وتوضيح: ضغط كلي
القوة الضاغطة
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
حاصل ضرب الضغط في مساحة السطح المتأثر (F = P × A)
💡 إضاءة وتوضيح: قوة فيزيائية
باروميتر تورشيللي
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
أنبوبة زئبقية مقلوبة تستخدم لقياس قيمة الضغط الجوي بدقة
💡 إضاءة وتوضيح: جهاز قياس
عدم التجانس
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
وجود شوائب أو تفاوت في الكثافة يمنع تطبيق قاعدة تساوي الضغط
💡 إضاءة وتوضيح: حالة شاذة
اضغط على الإجابة لتتحقق من فهمك وتكتشف التفسير النموذجي فورياً:
1
الضغط عند نقطة في باطن سائل ساكن يتناسب طردياً مع:
2
تبنى قواعد السدود المائية أكثر سمكاً واتساعاً عند القاع لأن:
3
في الأنبوبة ذات الشعبتين، إذا اتزن سائلان لا يمتزجان فإن النسبة بين ارتفاعيهما h1 / h2 تساوي:
4
إذا كان ضغط الماء عند قاع بحيرة 4 × 10^5 باسكال (باعتبار Pa = 10^5 باسكال، ρ = 1000، g = 10)، فإن عمق البحيرة يساوي:
5
ثلاثة أحواض متطابقة ممتلئة لسوائل مختلفة: ماء (ρ=1000)، زيت (ρ=800)، زئبق (ρ=13600) لنفس الارتفاع، يكون الضغط الأكبر عند قاع إناء:
6
في الأواني المستطرقة، يرتفع السائل إلى نفس المستوى الأفقي في جميع الفروع لأن:
7
أنبوبة ذات شعبتين صب بها ماء وزيت، فكان ارتفاع الماء 16 سم فوق السطح الفاصل، فإن ارتفاع الزيت (ρ نسبية = 0.8) يساوي:
8
وحدة قياس الضغط 'باسكال' تكافئ في الوحدات الأساسية:
🎉 تهانينا يا بطل! أتممت جميع محطات الدرس بنجاح باهر وتستحق وسام التميز!