نیروی فشاری وارد از طرف اب به سطوح افقی و عمودی

[karshenas]

با سلام.
میخواهم در این متن به زبان ساده به بیان نیروهای وارده به سطوح مختلف از طریق سیالات بپردازیم.
اول به یک سری مطالب ساده میپردازیم>
در طبیعت 2 نوع ماده وجود دارد 1-جامد 2-سیال(مایع و گاز)
سیال مبنا در مایعات اب است.و سیال مبنا در گازها هوا می باشد.
جرم مخصوص=جرم واحد حجم سیال را گویند و ρ=m/v که m جرم ماده است و v حجم ماده میباشد. واحد جرم مخصوص kg/m3 (کیلوگرم بر متر مکعب)میباشد.
وزن مخصوص=وزن واحد حجم سیال را گویند و ان را باσ (گاما)نشان میدهند. σ═w/v که(wوزن است و برابر m*g میباشد m جرم-مثلا 2 کیلوگرم و gشتاب زمین برابر 9.81 )
واحد گاما به صور روبه رو میتواند باشد> 1- kg f/m3(کیلو گرم نیرو بر متر مکعب)2-N/m3 (نیوتون بر متر مکعب)
و اما خواص اب در دمای 4 درجه سانتی گراد که در ان بیشترین حجم را دارا میباشد>
ρ═1000KG/M3 به زبان ساده یعنی هر متر مکعب اب 1000 کیلو گرم جرم دارد.یا 1gr/cm3
σ=1000KG f /M3 یا 1gr f/cm3 یا 9806N/M3 است(9806 نیوتون بر متر مکعب)
فشار> در حالت کلی منظور از فشار همان نیروی وارده بر یک سطح میباشد.مثلا اگر نیروی 20 نیوتونی به یک مربع 10 سانتیمتری وارد گردد فشار برابر خواهد بود با20 تقسیم بر (یک دهم ضرب در یک دهم) و برابر میشود با2000 نیوتون بر متر مربع.
یعنی به طور متوسط 2000 نیوتون بر هر متر مربع از این مربع نیرو وارد میگردد.
همچنین به طوری که میدانید بر تمام اجسام موجود روی زمین به علت وجود جو اطراف زمین فشار وارد میگردد که به فشار هوا یا فشار جو یا اتمسفر معروف است و مقدار ان در سطح دریا های ازاد برابر است با 101325 نیوتون بر متر مربع(پاسگال) یا همان 1 اتمسفر.
اما در مایعات >ماهیت فشار به وزن ذرات بالاتر از ذره مورد نظر بر میگردد.
رابطه اساسی فشار هیدرو استاتیک >>P=Pº+σ H که در ان Pº فشار اولیه یا همان اتمسفر وگاما وزن مخصوص و H عمق مورد نظر از سطح ازاد اب ظرف مورد نظر میباشد.البته به دلیل ساده کردن فرمول میتوان فشار اولیه را حظف نمود که در ان صورت فرمول به نام فشار نسبی تغییر نام میدهد.
حال با یک مثال ساده توضیح میدهم.
ظرفی به عرض 5 متر و ارتفاع 3.5 متر ه 3 متر از ان از اب پر است را در نظر بگیرید.نقطه الف در عمق 1متری و نقطه ب در عمق 2.5 متری میباشد.فشار در نقات الف و ب به قرار زیر است>>http://aquaquest.ir/img/uploads/2011/March/مثال 1.rar
در نقطه الف
P=101325+9806*1<<>>>>>P=111131 مطلق
یا 9806*1=9806نسبی
و یا با واحد کیلوگرم برابر است با 1000*1=1000کیلوگرم نیرو بر متر مربع
در نقطه ب
101325+(2.5*9806)= 125840 نیوتون بر متر مربع فشار مطلق و
9806*2.5=24515 نوتون بر متر مربع فشار نسبی
نکته مهم قابل ذکر در این مثال این است که با افزایش عمق فشار نیز افزایش میابد و اگر نمودار فشار عمق را بکشیم به صورت زیر در میاید>>
: http://aquaquest.ir/img/uploads/2011/March/-2مثال 1.rar
پس هر چه قدر عمق بیشتر شود فشار مایع نیز افزایش میابد.
حال به نیروی فشاری وارد بر سطوح مختلف میپردازیم>
1 -- نیروی فشاری وارد بر سطوح افقی
F=σ*HCG*A که در ان Fنیروی فشاری σ وزن مخصوص و A سطح مورد نظر و HCG نیز عمق مرکز ثقل سطح مورد نظر از سطح اب میباشد.مثلا در مربع یا مستطیل مرکز جسم همان نقطه طلاقی 2 قطر است.
یک مثال>>اکواریوم به طول 2.25 متر و عرض نیم متر و ارتفاع 1.1 متر را در نظر بگیرید که ارتفاع ازاد اب در ان 1.05 است نیروی وارده به کف اکواریوم؟
http://aquaquest.ir/img/uploads/2011/March/مثال 2.rar

F=9806*1.05*(2.25*.5)
F=11583.33نیوتون یا
F=1000*1.05*2.25*0.5
F=1181.25 کیلوگرم نیرو
2--نیروی وارد بر سطوح عمودی>>
F=σ*HCG*A
که همان فرمول بالاست و فقط در کاربرد H باید دقت کرد .
مثلا در مثال قبل نیروی وارد بر سطح قاعم سمت راست برابر است با
9806*.525*2.25*0.5=5791نیوتون که HCG
در عمق 1.05/2 به دست امد.
تا حد امکان سعی کردم در این مطلب به زبان ساده به چند مفهوم اصلی در مورد اب بپردازم.امیدوارم این مطالب دید خوبی در ساخت اکواریوم برای شما اراعه دهد.
منبع:مکانیک سیالات و آکوا کوئست