انواع فشار | هوافضای جوان

انواع فشار

فشار یک مفهوم پایه ای و مهم در علوم مهندسی از جمله علوم هوافضا و آیرودینامیک می باشد. این مفهوم خود دارای انواع مختلفی همچون فشار استاتیک، فشار دینامیک و غیره می‌باشد. آشنایی با این مفاهیم پایه، به درک بیشتر ما نسبت به پرواز کمک می‌کند که در ادامه به بررسی آنها خواهیم پرداخت.

برای در بهتر فشار، کمی دقیق تر شده و به دنیای میکروسکوپیک می رویم. مایعات از ذرات بسیار ریزی تشکیل شده‌اند که در فاصله ی خیلی کمی در کنار همدیگر قرار گرفته‌اند. هرچه فاصله‌ی بین این ذرات کمتر باشد، به اصطلاح غلظت سیال بالاتر است. حال اگر این مجموعه از ذرات در یک محیط بسته مانند شکل زیر کنار همدیگر حبس شوند، ذرات در جهات مختلف به یکدیگر نیرو وارد می کنند و مجموعه ی این نیرو های عمود بر سطح (ذرات قرمز رنگ) مفهوم فشار را ایجاد می کنند. به دلیل نیروهایی که به محفظه وارد می شوند، در تصویر با رنگ قرمز مشخص شده اند، محفظه ی گاز را معمولا با دقت بالا و مواد با استحکام زیاد می سازند.

 

نمایی از مفهوم فشار مایع در محیط بسته

 

مفهوم فشار فقط مختص محیط های بسته نیست و بلکه در محیط های باز هم مفهوم فشار در سیالات وجود دارد. محیط اطراف ما از سیال هوا تشکیل شده است. این محیط از سطح زمین تا ارتفاع بیشتر از صد کیلومتر ادامه دارد. نیروی بر واحد سطح وزن ذرات هوا را فشار اتمسفر می نامند. فشار هوای ایستا در سطح دریا را فشار یک اتمسفر (۱۰۱ کیلو پاسکال) می نامند.

این تصویر نشان می دهد هرچه ارتفاع از سطح زمین بیشتر شود، مقدار غلظت هوا و در نتیجه فشار هوا کمتر می شود. دلیل این امر نیز جاذبه ی زمین و فشار ذرات هوا به همدیگر است.

 

همچنین، کمترین فشاری که یک سیال می تواند به خود بگیرد فشار صفر می باشد که به آن خلاء می گویند. فشار فضای بین سیاره ای صفر و یا به اصطلاح خلاء می باشد.

این بطری آب در ارتفاع ۴ کیلومتری بسته شده و از سمت چپ به ارتفاع های ۳ کیلومتری، ۱ کیلومتری و هزار متری سطح دریا آورده شده. با کم شدن ارتفاع، می توان دید که فشار محیط از فشار داخل بطری بیشتر شده و بطری مچاله شده است.

 

در علم فیزیک، فشار یک کمیت است که به عنوان مقدار نیرو بر واحد سطح تعریف شده است. مقدار فشار در سیستم جهانی اندازه گیری (SI)، بر حسب پاسکال بیان می شود. به طوری که اگر یک نیوتون نیرو بر سطحی به اندازه ی یک متر مربع وارد شود، مقدار فشار روی سطح یک پاسکال می باشد. واحد های دیگری نیز همچون پوند بر اینچ مربع (psi) و فشار استاندارد اتمسفر (atm) برای بیان مقدار فشار در شرایط مختلف مرسوم می باشد.

 

این تصویر نشان می دهد که فشار برابر با مقدار نیروی عمود بر سطح، در واحد سطح می باشد

 

انواع فشار:

فشار سیال به سه نوع فشار استاتیک، فشار دینامیک و فشار کل تقسیم می شود که در ادامه به بررسی هر کدام از این فشار ها می پردازیم:

فشار استاتیک:

هنگامی که سیال ساکن باشد، نیروی بر واحد سطحی که در سیال اندازه گیری می شود را فشار استاتیک یا پایا می نامند. به دلیل این که اکثر دستگاه های اندازه گیر های فشار، فشار استاتیک را اندازه گیری می کنند، عموما منظور از فشار، فشار استاتیک می باشد.

در اندازه گیر های معمول فشار، مانند لوله پیتوت، فشار استاتیک سیال با سرعت غیر صفر را نیز می توان محاسبه کرد. برای این کار کافیست ورودی اندازه گیر عمود بر راستای حرکت سیال باشد تا دستگاه لوله ی پیتوت نیروهای مومنتوم سیال را احساس نکند و به عبارتی، مقدار محاسبه شده از هر گونه حرکت دینامیکی سیال دور باشد.

فشار کل:

منظور از فشار کل، مقدار نیرو بر واحد سطحی است که هنگام رساندن سرعت سیال به صفر احساس می شود. به عبارت دیگر، به مجموع فشار استاتیک و فشار دینامیک سیال، فشار کل می گویند. این مقدار نیرو نیز معمولا با استفاده از ابزاری مانند لوله پیتوت اندازه گیری می شود.

فشار دینامیک:

به اختلاف بین فشار کل و فشار استاتیک، فشار دینامیک می گویند. به عبارتی، فشار دینامیک بیانگر مقدار انرژی جنبشی سیال می باشد. فشار دینامیک با چگالی و توان دوم سرعت سیال رابطه ی مستقیم دارد.

به طور کلی، در سیالات با سرعت پایین مانند جریان داخل لوله و غیره، تفاوت بین مقدار فشار کل و فشار استاتیک قابل چشم پوشی می باشد. اما در شرایطی که نیازمند دقت بالا تر می باشد، مانند اندازه گیری سرعت هواپیما، لازم است در محاسبات اختلاف بین این دو فشار را در نظر گرفت.

اندازه گیری دقیق این سه نوع فشار در علم سیالات کاربرد های زیادی دارد. به عنوان مثال، با دانستن فشار استاتیکی و فشار دینامیکی سیال و استفاده از معادله ی مشهور اویلر، می توان سرعت سیال را بدست آورد. در هواپیما ها از لوله پیتوت برای اندازه گیری فشار استاتیکی و فشار کل استفاده می کنند و بدین ترتیب سرعت هواپیما مشخص می شود. در ویدیوی زیر، کارکرد لوله پیتوت در هواپیمای Cessna مدل ۱۷۲، با انیمیشن به تصویر در آمده است.

در این  ویدیو، ابتدا جزیات لوله ی ورودی هوای اندازه گیر فشار کل تشریح شده است، سپس به برسی نمایشگر سرعت و لوله ی اندازه گیر فشار استاتیک (ورودی به صورت دایره ای پهن با یک سوراخ در مرکز) پرداخته است. همانطور که در ویدیو توضیح داده شده است، لوله ی اندازه گیر فشار کل در راستای جریان و لوله اندازه گیر فشار استاتیک، عمود بر راستای جریان نصب می شود.

 

 


 

 

یک دیدگاه در ”انواع فشار

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

لطفا معادله امنیتی را وارد کنید. * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.