مقدمة حول الموائع
يشير مصطلح المائع إلى أي مادة قادرة على التدفق عند تعرضها لقوة خارجية. تتسم الموائع بقدرتها على أخذ شكل الوعاء الذي توضع فيه. في مجال الفيزياء وديناميكا الموائع، يوجد مفهوم المائع المثالي، وهو مفهوم نظري يستخدم لتسهيل دراسة سلوك الموائع. يتميز المائع المثالي بأنه غير قابل للانضغاط، ويتدفق بانتظام دون وجود لزوجة، مما يعني عدم وجود قوى احتكاك بين جزيئاته. تجدر الإشارة إلى أن مصطلح المائع يشمل كلاً من السوائل والغازات.
مفهوم ضغط المائع
يُعد ضغط المائع خاصية هامة تحدد سلوكه وتفاعله مع المحيط. ويتأثر هذا الضغط بعدة عوامل سنتناولها لاحقاً.
ضغط الموائع المتحركة
تم وصف ضغط الموائع المتحركة بواسطة مبدأ برنولي، الذي يوضح العلاقة بين سرعة المائع وضغطه. ينص المبدأ على أنه كلما ازدادت سرعة المائع، قل ضغطه، والعكس صحيح. هذا المبدأ يعكس قانون حفظ الطاقة في ديناميكا الموائع، حيث يظل مجموع الضغط والطاقة الحركية لوحدة الحجوم وطاقة الوضع لوحدة الحجوم ثابتاً عند أي نقطة في مسار سريان المائع. رياضياً، يمكن التعبير عن ذلك كما يلي:
(الضغط+الطاقة الحركية لوحدة الحجوم+طاقة الوضع لوحدة الحجوم=مقدار ثابت).
ضغط الموائع الساكنة
وصف ضغط الموائع الساكنة من خلال مبدأ باسكال، حيث ركز العالم باسكال على دراسة علم الموائع. أدى هذا التركيز إلى اكتشاف قانون الضغط للسوائل الساكنة، والذي ينص على أن السوائل الموجودة في وعاء مغلق تنقل الضغط الواقع عليها بالتساوي إلى جميع الاتجاهات. ساهم قانون باسكال في تطوير العديد من الأجهزة، بما في ذلك ضاغطات الهواء، والمضخات الفراغية، والرافعة الهيدروليكية، ورافعات السيارات الثقيلة، والمضخات.
ينشأ الضغط في السوائل نتيجة لوزن السائل، الذي يتوزع في جميع الاتجاهات ويكون عمودياً على الجسم المغمور فيه، وكذلك على جدران الوعاء الذي يحتويه.
حساب الضغط في السوائل الساكنة
يمكن حساب الضغط المتولد في السوائل الساكنة باستخدام المعادلة الرياضية التالية:
ض = جـ × ف × ث
حيث:
- ض: الضغط
- جـ: تسارع الجاذبية الأرضية
- ف: عمق النقطة
- ث: كثافة السائل
المحددات المؤثرة في ضغط المائع
يتأثر ضغط المائع بعدة عوامل رئيسية:
كثافة السائل:
تتناسب كثافة السائل طردياً مع الضغط؛ فكلما زادت كثافة السائل، ازداد الضغط الواقع على الجسم المغمور فيه.
عمق النقطة:
يزداد الضغط بازدياد عمق النقطة في السائل. فكلما ازداد العمق، ازداد الضغط المؤثر. لذلك، يزداد الضغط في الوعاء كلما اتجهنا نحو الأسفل ويقل كلما صعدنا إلى الأعلى. وعند سطح السائل، يكون الضغط مساوياً للضغط الجوي.
ملاحظة: يجب الانتباه إلى أن ضغط السائل لا يعتمد على شكل الوعاء الذي يحتويه، وإنما فقط على العوامل المذكورة أعلاه.
