الدرس الاول: الموائع الساكنة (Static Fluids)
المتوسط - التاسع
مقدمة في الموائع
في حياتنا اليومية، نتعامل مع المواد السائلة (مثل الماء والزيت) والغازات (مثل الهواء). هذه المواد تشترك في خاصية مهمة: القدرة على الجريان وتغيير شكلها حسب الوعاء الذي توضع فيه. لذلك، يُطلق عليها اسم موائع (Fluids).
تعريف المائع (Fluid)
المائع هو أي مادة لها القدرة على الجريان وتأخذ شكل الوعاء الذي تحتويه. يشمل المائع:
- السوائل (مثل الماء والزيت)
- الغازات (مثل الهواء)
لماذا تصنف كموائع؟
لأن جسيماتها غير مترابطة بشكل ثابت، مما يسمح لها بالتحرك والانسلال بسهولة. دراستنا هنا تقتصر على المائع الساكن (غير الجاري).
ثانياً: مفهوم الضغط (Pressure)
الضغط (P) هو قوة عمودية تؤثر في وحدة المساحة.
وحدة القياس:
وحدة الضغط في النظام الدولي هي الباسكال (Pa).
ثالثاً: ضغط المائع الساكن عند نقطة داخلية
السبب في وجود ضغط هو وزن عمود المائع الواقع فوق تلك النقطة. يُعطى ضغط المائع الساكن بالعلاقة:
الضغط الكلي (المطلق):
إذا كان السطح ملامساً للهواء، نضيف الضغط الجوي (P₀):
رابعاً: العوامل المؤثرة في ضغط المائع
العمق (h)
علاقة طردية: كلما زاد العمق، زاد الضغط.
الكثافة (ρ)
علاقة طردية: ضغط الماء المالح أكبر من العذب.
الجاذبية (g)
علاقة طردية (ثابتة تقريباً على الأرض).
ملاحظة هامة: ضغط المائع لا يعتمد على شكل الوعاء أو مساحة سطحه.
سادساً: الأنظمة الهيدروليكية ومبدأ باسكال
مبدأ باسكال:
"الضغط المطبق على مائع محصور في وعاء مغلق ينتقل بالتساوي إلى جميع أجزاء المائع وجدران الوعاء."
هذا المبدأ هو أساس عمل الرافعة الهيدروليكية ونظام الكوابح (الفرامل) في السيارات.
كيف تعمل الفرامل؟
- الضغط على الدواسة يدفع مكبس الأسطوانة.
- ينتقل الضغط عبر السائل (لأنه غير قابل للانضغاط).
- يدفع السائل مكابس العجلات لتضغط على الأقراص.
- ينشأ احتكاك يوقف حركة السيارة.
أمثلة محلولة
مثال 1: احسب الضغط الكلي على غواص في بحيرة على عمق 20m.
P = P₀ + ρhg
P = 10⁵ + (1000 × 20 × 10)
P = 10⁵ + 2 × 10⁵ = 3 × 10⁵ Pa
مثال 2: مبدأ باسكال
العلاقة الرياضية (مبدأ باسكال):
خلاصة الدرس: المائع الساكن
الموائع
مواد لها القدرة على الجريان وتغيير شكلها (السوائل والغازات).
الضغط العام
القوة المؤثرة عمودياً على وحدة المساحة:
ضغط المائع
يعتمد على العمق والكثافة والجاذبية:
مبدأ باسكال
الضغط ينتقل بالتساوي في السائل المحصور (الرافعات الهيدروليكية).
حقائق سريعة:
- ✔ وحدة قياس الضغط هي الباسكال (Pa).
- ✔ الضغط متساوٍ عند جميع النقاط على نفس العمق في المائع المتجانس.
- ✔ لا يعتمد ضغط المائع على شكل الوعاء أو مساحة سطحه.
- ✔ الأنظمة الهيدروليكية تضاعف القوة لكنها لا تضاعف الشغل.
تذكر دائماً
الضغط في الموائع الساكنة يعتمد فقط على نوع السائل (كثافته) ومدى عمقك فيه. لا يهم إذا كنت في مسبح صغير أو في المحيط الشاسع، طالما أنك على نفس العمق، فالضغط هو نفسه!