If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Եթե գտնվում ես վեբ զտիչի հետևում, խնդրում ենք համոզվել, որ *.kastatic.org և *.kasandbox.org տիրույթները հանված են արգելափակումից։

Հիմնական նյութ

Ի՞նչ է ճնշումը

Ճնշումը ուժի նման մի բան է, բայց ոչ այնքան նման։

Ինչ է ճնշումը

Եթե փորձես մեխել բոուլինգի կեգլին պատին, հավանաբար ոչինչ էլ տեղի չի ունենա՝ բացի նրանից, որ կեգլիի տերը կորոշի քեզ այն այլևս չտալ։ Սակայն եթե փորձես նույն ուժով մեխել մեխը, ապա այն ավելի մեծ հավանականությամբ կմտնի պատի մեջ։ Սա ցույց է տալիս, որ երբեմն բավարար չէ ուժի մեծությունը իմանալը. պետք է նաև իմանալ, թե ինչպես է այդ ուժը բաշխված ազդման մակերևույթով։ Մեխի դեպքում պատի ու մեխի միջև ամբողջ ուժը կենտրոնացած է մեխի սուր ծայրի շատ փոքր մակերեսում։ Բայց կեգլիի դեպքում պատին հպվող մակերեսը շատ ավելի մեծ է, այդ իսկ պատճառով էլ ուժը շատ ավելի քիչ է կենտրոնացված։
Այս սկզբունքը հստակեցնելու համար օգտագործում ենք ճնշման գաղափարը։ Ճնշումը սահմանվում է որպես միավոր մակերեսի վրա ազդող ուժ։
P=FS
Այսպիսով՝ մեծ ճնշում ստեղծելու համար կարող եք ազդել մեծ ուժով կամ ավելի փոքր մակերեսի վրա (կամ անելով երկուսն էլ)։ Այլ կերպ ասած՝ կարող եք անվնաս պառկել մեխերից պատրաստված անկողնու վրա, եթե մեխերի ծայրերի ընդհանուր մակերևույթի մակերեսը բավական մեծ լինի։
Սահմանումից նաև հետևում է, որ ճնման միավորը նյուտոն մետր քառակուսին է՝ Նմ2, որը նաև անվանում ենք պասկալ կամ համառոտ՝ Պա։

Ինչպես են որոշում ճնշումը հեղուկում

Պինդ մակերևույթը կարող է ճնշում ստեղծել, բայց հեղուկները (այսինքն՝ հեղուկներն ու գազերը) նույնպես կարող են ստեղծել ճնշում։ Սա կարող է տարօրինակ թվալ, եթե փորձենք պատկերացնել, որովհետև դժվար է պատկերացնել մեխ մեխելը հեղուկում։ Այս ամենը հասկանալի դարձնելու համար պատկերացրու, որ քեզ սուզում են որոշակի խորությամբ ջրի տակ։ Քեզնից վեր գտնվող հեղուկը քեզ կհրի ներքև՝ ջրի վրա ազդող ծանրության ուժի պատճառով, հետևաբար ճնշումը կազդի քեզ վրա։ Եթե սուզվես ավելի խոր, ապա ավելի շատ ջուր կլինի քեզնից վերև, որի հետևանքով հեղուկի ծանրության ուժը և քեզ վրա ազդող ջրի ճնշումը նույնպես կմեծանան։
Ոչ միայն հեղուկի ծանրության ուժը կարող է ճնշում գործադրել, այլև գազերի ծանրության ուժը։ Օրինակ՝ մթնոլորտում օդի ծանրության ուժը զգալի է, և մենք գրեթե միշտ այդ ազդեցության տակ ենք։ Մթնոլորտի կողմից մարդու մարմնի վրա ազդող ճնշումը զարմանալիորեն մեծ է։ Մենք այն չենք նկատում այն պատճառով, որ այն միշտ կա։ Մենք միայն նկատում ենք մթնոլորտային նորմալ ճնշումից բարձր կամ ցածր ճնշման ազդեցությունը (երբ թռչում ենք ինքնաթիռով կամ սուզվում ենք լողավազանում)։ Մենք չենք վնասվում մթնոլորտային ճնշումից, որովհետև մեր մարմինը կարողանում է հակազդել ուժով, որը համարժեք է այդ ճնշմանը։ Բայց սա նշանակում է, որ եթե տիեզերական ծովահենները ձեզ նետեն տիեզերական վակուումի մեջ, ապա ձեր մարմնի ճնշումը կշարունակի ազդել, բայց չի լինի դրան համակշռող մթնոլորտային ճնշումը։
Այսպիսով՝ հեղուկ նյութերը կարող են ճնշում գործադրել իրենց մեջ սուզված մարմինների վրա, բայց ինչպե՞ս կարող ենք որոշել այդ ճնշման չափը։ Դիտարկենք լողավազանի մեջ նետված մի պահածոյի տուփ, ինչպես ցույց է տրված հետևյալ գծագրում։
Պահածոյից վեր եղած հեղուկի ծանրության ուժը ստեղծում է ճնշում պահածոյի վերևի մասում։ Ճնշման արտահայտությունը ստանալու համար նախ գրենք ճնշման սահմանումը։
P=FS
F ուժը պահածոյից վեր եղած ջրի սյան ծանրության ուժն է։ Ծանրության ուժը միշտ կարելի է գտնել Fծ=mg բանաձևով, հետևաբար ջրի սյան համար կունենանք Fծ=mջg, որտեղ mջ-ն ջրի սյան զանգվածն է։ Տեղադրենք այս արտահայտությունը վերևում գրված հավասարման մեջ և կստանանք.
P=mջgS
Այս պահին գուցե դեռ պարզ չէ, թե ինչ է կարելի անել, բայց մենք կարող ենք այս արտահայտությունը պարզեցնել՝ mջ-ն գրելով խտության և ծավալի միջոցով։ Քանի որ խտությունը հավասար է միավոր ծավալի զանգվածին՝ ρ=mV, ապա այստեղից ջրի զանգվածի համար կստանանք՝ mջ=ρջVջ, որտեղ ρջ-ն ջրի խտությունն է, իսկ Vջ-ն՝ պահածոյից վեր գտնվող ջրի ծավալը (ոչ թե ամբողջ լողավազանի ջրի ծավալը)։ Տեղադրելով mջ=ρջVջ-ն նախորդ հավասարման մեջ՝ կստանանք.
P=ρջVջgS
Առաջին հայացքից կարող է թվալ, թե մենք ավելի բարդացրինք հավասարումը, բայց մի կախարդական բան է այստեղ տեղի ունենում։ Համարիչում ունենք ջրի ծավալ, իսկ հայտարարում՝ մակերես, հետևաբար հավասարումը պարզեցնելու համար կփորձենք ինչ-որ բան կրճատել։ Գիտենք, որ գլանի ծավալը հավասար է՝ Vջ=Sh, որտեղ S-ը գլանի հիմքի մակերեսն է, իսկ h-ը՝ նրա բարձրությունը։ Մենք կարող ենք նախորդ հավասարման մեջ ծավալի փոխարեն գրել Vջ=Sh և կրճատելով մակերեսները՝ կստանանք.
P=ρջ(Sh)gS=ρջhg
Մենք ոչ միայն կրճատեցինք մակերեսները, այլև ստացանք հավասարում, որը կախված է միայն ջրի խտությունից՝ ρջ, ջրի տակ գտնվելու բարձրությունից՝ h, և ազատ անկման արագացումից՝ g։ Այս հավասարումը հարմար է նրանով, որ այն կախված չէ մակերեսից, ծավալից կամ պահածոյի զանգվածից։ Փաստացի, այս հավասարումը կախված չէ պահածոյի որևէ հատկանիշից՝ բացի նրա տակ գտնվող ջրի խորությունից։ Հետևաբար, այս հավասարումը կաշխատի նույն կերպ ցանկացած հեղուկի մեջ գտնվող ցանկացած մարմնի համար։ Կամ՝ կարելի է այս հավասարումն օգտագործել հեղուկի վրա որևէ խորությունում ճնշումը գտնելու համար՝ առանց նշելու որոշակի մարմնի՝ հեղուկում խորասուզված լինելու փաստը։ Հաճախ նաև կարելի է տեսնել այս հավասարումը h-ի ու g-ի տեղերը փոխած.
P=ρgh
Նկատենք, որ այստեղ ρ-ն միշտ հեղուկի խտությունն է, որը ստեղծում է ճնշում, ոչ թե հեղուկում գտնվող մարմնի խտությունը։ h-ը հեղուկում գտնվող մարմնի հեռավորությունն է մակերևույթից, այսպիսով, չնայած այն գտնվում է ջրի «տակ», մենք տեղադրում ենք դրական թիվ։ Իսկ g-ն ազատ անկման արագացումն է, որը հավասար է +9,8մվ2։
Հիմա կարելի է կարծել, թե՝ «Լավ, ուրեմն հեղուկի ծանրության ուժը և ճնշումը պահածոյի տուփի վերևում հրում են այն դեպի ներքև, ճի՞շտ է»: Այո, ճիշտ է, բայց մասամբ։ Պարզվում է, որ հեղուկի ճնշումը ոչ թե միայն ազդում է դեպի ներքև, այլ ստեղծում է ուժ, որն ազդում է պահածոյի վրա բոլոր կողմերից և ուղղված է դեպի ներս։ Ջրի թողած ընդհանուր ազդեցությունը ոչ թե պահածոն ներքև հրելն է, այլ փորձելն այն ճզմել բոլոր կողմերից, ինչպես պատկերված է գծագրում։
Ավելի լավ պատկերացնելու համար կարող եք մտածել այսպես: Երբ պահածոն սուզվեց ջրի մեջ, նա «կոպտորեն տեղափոխեց» մեծ քանակությամբ ջրի մոլեկուլներ այնտեղից, որտեղ հիմա ինքն է։ Դրա հետևանքով ջրի մակարդակը բարձրացել է։ Բայց ծանրության ուժը քաշում է ջուրը դեպի ներքև՝ փորձելով պահել այն որքան հնարավոր է ցածր մակարդակի վրա։ Այդ պատճառով էլ ջուրը փորձում է հակազդել և վերադառնալ իր նախկին ծավալին, որպեսզի հետ գա իր նախկին մակարդակին։ Այսպիսով՝ անկախ այն բանից, որ պահածոն (կամ այլ մարմին) ջրի մեջ է, թե ոչ, ջրի մոլեկուլները միշտ սեղմվում են իրար ծանրության ուժի պատճառով՝ փորձելով նվազեցնել ջրի մակարդակը՝ հասցնելով այն հնարավոր ամենացածր մակարդակին։ Ճնշումը՝ P, որը հավասար է ρgh, սկալյար մեծություն է, որը ցույց է տալիս սեղմող ուժի չափը հեղուկի միավոր մակերեսի համար։
Այս պահին, եթե ուշադիր էիք, հավանաբար մտածում եք. «Ջրի վերևում կա օդ, չէ՞։ Չպե՞տք է արդյոք օդի սյունն էլ ներդրում ունենա պահածոյի վրա ազդող ընդհանուր ճնշման մեջ»: Եվ դուք ճիշտ եք։ Ջրի վերևում գտնվող օդը նույնպես ներքև է հրում պահածոյի տուփը, և նրա ծանրության ուժը զարմանալիորեն մեծ է։
Եթե գրենք պահածոյի վրա ազդող ճնշան ընդհանուր բանաձևը (որը կոչվում է բացարձակ ճնշում), պետք է նաև ավելացնենք Երկրի մթնոլորտի ճնշումը՝ Pմթն, հեղուկի ճնշմանը՝ ρgh։
Pընդհ=ρgh+Pմթն
Մենք հաճախ զերծ ենք մնում մթնոլորտային ճնշումը՝ Pմթն, ρօդgh տեսքով ներկայացնելուց, քանի որ մեր խորության մակարդակը Երկրի մթնոլորտում՝ ցամաքին մոտակա հատվածում, մեծ մասամբ հաստատուն է բոլոր չափումների համար։
Նշանակում է, որ մթնոլորտային ճնշումը Երկրի մակերևույթին հարաբերականորեն հաստատուն է մնում։ Մթնոլորտային ճնշման արժեքը մոտ 1,01×105Պա է։ Այս թիվը կարող է մի փոքր տատանվել՝ եղանակային տատանումների, խոնավության, բարձրության և այլ պատճառներով, բայց շատ ֆիզիկական հաշվարկներում մենք ուղղակի ընդունում ենք, որ այս թիվը հաստատուն է։ Այսինքն՝ քանի դեռ հեղուկը, որի ճնշումը հաշվում եք, Երկրի մակերևույթին մոտ է և մթնոլորտում (ոչ թե վակուումային խցում, օրինակ), կարող եք ընդհանուր ճնշումը (բացարձակ ճնշում) գտնել այս բանաձևով.
Pընդհ=ρgh+1,01105Պա

Որն է բացարձակ ճնշման և մանոմետրիկ ճնշման տարբերությունը

Հաճախ ճնշումը չափելիս մարդկանց անհրաժեշտ չէ իմանալ ընդհանուր ճնշումը (ինչը ներառում է նաև մթնոլորտային ճնշումը)։ Նրանց անհրաժեշտ է իմանալ միայն ճնշումների տարբերությունը։ Պատճառն այն է, որ մթնոլորտային ճնշումը շատ չի փոխվում, և գրեթե միշտ ամենուր այն առկա է։ Ուստի, մթնոլորտային ճնշման չափումը երբեմն կարող է անիմաստ լինել։ Այլ կերպ ասած, եթե պարզեք, որ ձեր հարթ անվադողի ներսում օդը 1,01105Պա բացարձակ ճնշման տակ է, իրականում այդքան էլ օգտակար չէ (քանի որ մթնոլորտային ճնշման տակ լինելն արդեն նշանակում է, որ անվադողը հարթ է)։ Անվադողի վրա պետք է ազդի մթնոլորտային ճնշումից ավելի մեծ ճնշում, որպեսզի անվադողը կարողանաք փչել և ճիշտ օգտագործել։
Այդ պատճառով էլ շատ մանոմետրեր և չափիչ սարքեր օգտագործում են այսպես կոչված մանոմետրիկ ճնշում՝ Pմանոմետրիկ, մեծությունը։ Այն մթնոլորտային ճնշման համեմատ չափված ճնշումն է։ Մանոմետրիկ ճնշումը դրական է մթնոլորտային ճնշումից բարձր ճնշումների դեպքում, զրո՝ մթնոլորտային ճնշման դեպքում, և բացասական՝ մթնոլորտայինից ցածր ճնշումների դեպքում։
Ընդհանուր ճնշումը հաճախ անվանում են բացարձակ ճնշում՝ Pբացարձակ։ Բացարձակ ճնշումը չափում է ճնշումը լրիվ վակուումի հետ համեմատ։ Ուստի բացարձակ ճնշումը դրական է լրիվ վակուումից վեր բոլոր ճնշումների դեպքում, զրո՝ լրիվ վակուումի դեպքում, և երբեք բացասական չէ։
Այս ամբողջը կարող ենք խմբավորել՝ ցույց տալով կապը Pբացարձակ, մանոմետրիկ՝ Pմանոմետրիկ, և մթնոլորտային՝ Pմթն, ճնշումների միջև.
Pբացարձակ=Pմանոմետրիկ+Pմթն
Երկրի մակերևույթին մոտ չշարժվող հեղուկում՝ h խորության մակարդակում, օդի ազդեցության տակ առաջացած ճնշումը գտնելու համար մանոմետրիկ ճնշումն ու բացարձակ ճնշումը կարող ենք որոշել.
Pհեղ=ρgh
Pընդհ=ρgh+1,01105 Պա
Քանի որ բացարձակ և մանոմետրիկ ճնշումների միակ տարբերությունը մթնոլորտային հաստատուն ճնշման ավելացումն է, ուստի նրանց տոկոսային տարբերությունը ավելի ու ավելի նվազ կարևոր է դառնում ճնշումների աճին զուգահեռ (տես ներքևում պատկերված գծագիրը):

Ինչն է շփոթեցնողը ճնշման մեջ

Մարդիկ հաճախ հեղուկում ընկղմված մարմնի ρմարմին խտությունն են տեղադրում մանոմետրիկ (հիդրոստատիկ) ճնշման P=ρgh բանաձևի մեջ, բայց այստեղ խոսքը ճնշումն առաջացնող հեղուկի ρհեղուկ խտության մասին է։
Մարդիկ հաճախ են շփոթում բացարձակ և մանոմետրիկ ճնշումները։ Հիշեք, որ բացարձակ ճնշումը հավասար է մանոմետրիկ և մթնոլորտային ճնշումների գումարին։
Ինչպես նաև, դժբախտաբար, ճնշումը չափելու համար օգտագործում են 5 միավոր (պասկալ, մթնոլորտ, միլիմետր սնդիկի սյուն և այլն)։ Ֆիզիկայում միավորների ՄՀ–ում որպես ճնշման միավոր ընդունված է Պա–ն, բայց այն չափում են նաև «մթնոլորտներով», որ համառոտ գրում են հետևյալ կերպ՝ մթն։ 1մթն=1,01×105 Պա, քանի որ մեկ մթնոլորտը սահմանվում է որպես Երկրի մթնոլորտային ճնշում։

Ինչ տեսք ունեն ճնշման հետ կապված խնդիրների լուծված օրինակները

Վարժություն 1. Աթոռի ոտքի օգնությամբ ճնշման որոշումը

7,20 կգ–անոց մանուշակագույն ներկված աթոռը, որն ունի 4 ոտք, հատակի վրա է դադարի վիճակում։ Աթոռի ամեն մի շրջանաձև ոտքի շառավիղը 1,30 սմ է։ Աթոռի ամբողջ ծանրությունը բաշխվում է 4 ոտքերի միջև հավասարաչափ։
Որոշեք աթոռի ոտքերի և հատակի միջև ճնշումը՝ արտահայտված պասկալներով։
P=FS(Օգտագործիր ճնշման սահմանումը։ Հեղուկի հիդրոստատիկ ճնշումն այստեղ կիրառելի չէ, որովհետև չկա ազդող հեղուկ։)
P=mgS(Տեղադրիր ծանրության ուժի հավասարումը Fծ=mgF ուժի փոխարեն)
P=mg4×πr2(Տեղադրիր աթոռի ոտքերի ընդհանուր մակերեսը՝ 4×πr2 S մակերեսի փոխարեն։)
P=(7,20 կգ)(9,8մվ2)4×π(0,013 մ)2(Տեղադրիր թվերը՝ չմոռանալով սմ-ից անցնել մ-ի։)
P=70,56 Ն0,002124 մ2=33,200 Պա(Հաշվիր և տոնիր։)

Վարժություն 2. Սուզանավի պատուհանի վրա ազդող ուժը

Մի տարօրինակ ծովաձի նայում է Միջերկրական ծովում 63,0 մ խորության վրա գտնվող սուզանավի պատուհանից դեպի ներս։ Ծովի ջրի խտությունը 1025կգմ3։ Պատուհանը շրջանաձև է՝ 5,60 սմ շառավղով։ Ծովաձին զարմացած է, որ ծովաջրի ճնշման պատճառով սուզանավի պատուհանը չի կոտրվում։
Որքա՞ն է սուզանավի շրջանաձև պատուհանի մակերևույթի վրա ջրի ճնշման ուժի մեծությունը։
P=FS(Օգտագործիր ճնշման սահմանումը՝ հարաբերելով ուժը մակերեսին։)
F=PS(Ձևափոխելով հավասարումը՝ լուծիր այն ուժի համար։)
F=(ρgh)S(Տեղադրիր հեղուկի ճնշման արտահայտությունը Pհեղ=ρgh P ճնշման փոխարեն։)
F=(1025կգմ3)(9,8մվ2)(63,0 մ)(π[0,056 մ]2)(Տեղադրիր թվերը ρ,g,h և Sիհամար)
F=6230 Ն (Հաշվիր և տոնիր։)
Ծանոթագրություն: Այս խնդրում մենք օգտվել ենք հիդրոստատիկ ճնշումից, քանի որ հարցը վերաբերում էր միայն «ջրի ծանրության ուժով» պայմանավորված ազդեցությանը, թեև բացարձակ ճնշումը ներառում է ոչ միայն ջրի ծանրության ուժը, այլ նաև ջրի մակերևույթից վերև գտնվող օդի ծանրության ուժը։

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Առայժմ հրապարակումներ չկան։
Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: