Re: سوالات دشوار فیزیک را در اينجا قرار دهید
ارسال شده: سهشنبه ۱۴۰۱/۳/۱۰ - ۱۰:۰۵
در مورد سوالتون اثرات مویرگی / کشش سطحی - می توان این اثرات را با نگاه کردن به پایین در نی مشاهده کنین . مایع یک میلی متر یا بیشتر بالا میره بنابراین نیروی مربوطه آنقدر کوچک است که قطر نی معمولی اهمیتی نداشته باشد.البته گرادیان فشار بی تاثیر نیست تا فشار داخل و بیرون جویس فروت شما صفر بشه
وقتی از نی استنشاق می کنید جو را از نی خارج میکنین (به ریه های میره. اکنون اتمسفر مایع درون لیوان را به سمت پایین فشار میده با توجه به تعادل آن در داخل نی بنابراین مایع به داخل دهان شما بالا میرود!وقتی هوا را از نی می مکیم هوای کمتری به آب داخل نی فشار می آورد تا آب بیرون آن. این عدم تعادل باعث می شود که آب بیشتری به داخل نی رانده شود. آب تا زمانی افزایش می یابد که فشار ایجاد شده توسط ستون آب در نی با اختلاف فشار هوا برابر شود
چرا مایع روی نی بالا و پایین می رود اما در ته بطری تغییر نمی کند؟
وقتی درب بطری را میبندیم آب در حال پایین آمدن است اما هوای بالای بطری به خلاء تبدیل میشه این به معنای فشار کم است. فشار هوا در خارج از بطری بیشتر است، بنابراین در واقع سعی می کند از سوراخ پایین به داخل بطری فشار وارد کند. با این کار، آب را داخل نگه می داره!
پس چه چیزی باعث میشه مایع به سمت بالا حرکت کنه؟
نوشیدن یک نوشیدنی از طریق نی ممکن است ساده به نظر برسه . اماما در واقع از تغییرات فانتزی فشار هوا برای جابجایی نوشیدنی خود استفاده می کنیم. عمل جرعه جرعه زمانی اتفاق میافته که فشار هوا را در دهان خود پایین میآوریم که به فشار اتمسفر اجازه میدهد مایع را به سمت نی فشار بده
مهر و موم کردن بالای نی با انگشت ورود هوا و اعمال نیروی رو به پایین روی مایع را متوقف می کند و تنها نیروی فشار هوا از پایین به سمت بالا باقی میمونه. این نیروی رو به بالا قوی تر از نیروی گرانش است که مایع را به سمت پایین می کشدچرا اگر آن را در آب غوطه ور کنیم و انگشت شست خود را بالای آن نگه داریم از نی خارج نمیشه؟
این به این دلیل است که اتمسفر فشاری را از پایین به سمت بالا اعمال می کند تا از ریزش آب جلوگیری کند (فضای بالای آب دارای فشار کمی به سمت پایین است که با تراکم ناپذیری آب به حداقل می رسد). نیروی خالص صفره پس بنابراین آب حرکت نمی کند
وقتی با نی مینوشم فشار اتمسفر آب را فشار میدهد یا من آن را میمکم؟فشار اتمسفر است که آن را فشار می دهد. در خلاء، اگر سعی میکردید یک نی را بمکید هیچ اتفاقی نمیافتد (حتی نمیتوانید مکیدن کنید). یا اگر یک ظرف سفت و سخت را مهر و موم کنید تا تنها دهانه آن نی باشد هیچ اتفاقی هم نمی افتد. سفت است بنابراین فشار اتمسفر نمی تواند ظرف را برای تعامل با مایع داخل تغییر شکل دهد.
در هر دو مورد، عمل شما باعث عدم تعادل در فشار شد اما خود جریان ناشی از فشار است. اگر منبع فشار وجود نداشته باشه چه گرانش باشد و چه فشار اتمسفر اعمال شما کاری از پیش نمی بره.فشار اتمسفر نتیجه برخوردهای الاستیک بین مولکولها است، بنابراین مولکولها از یکدیگر جهش میکنند یا هل میدم. وقتی از نی می نوشید مانند یک طناب کشی معکوس است که هر دو طرف به جای کشیدن فشار می آورند. قبل از شروع مکیدن هوای داخل و خارج نی در فشار یکسانی قرار دارد - هر دو طرف به یک اندازه محکم فشار می آورند و مایع موجود در نی حرکت نمی کنه. همانطور که نی را می مکید فشار داخل نی را کاهش میدین به این معنی که به مایع فشار نمی آورد. نیروهای وارد بر مایع اکنون نامتعادل شدهاند، زیرا هوای خارج از نی به شدت بیشتر از هوای داخل نی فشار میآورد و مایع را به سمت نی بالا میبرد.
فشار هوا به دلیل فشار بین مولکول ها ایجاد می شود. خلاء مکد نمی کند - توجه داشته باشید که به معنای واقعی کلمه چیزی وجود ندارد که نیروی مکش ایجاد کند. بلکه این فشار سیال است که همیشه در حال فشار دادن است و اگر نیروی عقب راندن کافی وجود نداشته باشد به دلیل نیروهای نامتعادل حرکت می تواند رخ دهد.
تصور کنید به جای مکیدن نی به جای آن باد کنید - فشار هوای محیط اطراف شیشه به طور ناگهانی از نیروی هل دادن به نیروی کششی تغییر نمی کند. در عوض، نیروی هل دادن اطراف شیشه به سادگی توسط نیروی فشاری حتی بزرگتر در داخل نی غلبه می کند. اما اینکه فشار در یک ناحیه بیشتر یا کمتر از ناحیه دیگر باشد ماهیت نیروی فشار را تغییر نمی دهد. اگرچه فشار اساساً یک نیروی هل دادن است مکش از دهان برای عدم تعادل فشار لازمه به همین دلیل است که آب خود به خود به سمت بالای نی بالا نمی رود.این سوال مانند این است که بپرسید وقتی توپی می افتد آیا از سطح بالاتر دور می شود یا به سمت سطح پایین تر حرکت می کند؟ آیا به این دلیل حرکت می کند که سطح بالاتر بالاتر است یا به دلیل اینکه سطح پایین تر است این یکسانه هر دو سطح (فشار اتمسفر و فشار ریه) به یک اندازه مهم هستند. این تفاوت آنهاست که جریان (توپ یا هوا) را هدایت می کند، نه صرفاً مقدار در یک نقطه یا نقطه دیگر. اگر مقادیر متفاوتی داشته باشند، یک گرادیان وجود خواهد داشت، و اشیا تمایل دارند تا شیبها به سمت پایین جریان پیدا کنند. این یک پدیده جهانی با مثال های فراوان است: گرادیان فشار (حرکت سیال)، گرادیان انرژی گرانشی (اشیاء در حال سقوط)، گرادیان پتانسیل الکتریکی ("ولتاژ"، جریان الکتریسیته)، گرادیان غلظت (انتشار / ذرات در حال حرکت در یک سیال) و غیره. . بنابراین مکیدن و هل دادن دو روی یک سکه هستند و سکه (جریان سیال) بدون دو روی وجود نخواهد داشت. بهتر است آن را نه از یک طرف یا آن طرف (مکیدن ریه یا فشار اتمسفر)، بلکه به عنوان یک حرکت خالص ایجاد شده توسط یک گرادیان/تفاوت فشار در نظر بگیرید، که ویژگی چگونگی ارتباط این جفت نقاط با یکدیگر است.مدل هیدرواستاتیک
برای سادگی یک نی عمودی با نوک در عمق h زیر سطح مایع و سطح مایع داخل نی به ارتفاع H (اندازه گیری شده از نوک غوطه ور) در نظر می گیریم. این ستون مایع دارای وزن ρgHA است که در آن A سطح مقطع نی است. نیرویی که از پایین به آن وارد می شود با فشار در عمق $(\rho g h + P_{atm})A$ متناسب است، در حالی که نیرویی که از بالا به آن وارد می شود با فشار ایجاد شده از دمیدن هوا در نی است: $AP_{insp}$. بنابراین موازنه نیرو به صورت نوشته می شود
$(\rho g h + P_{atm})A=\rho g H A+AP_{insp} \Leftrightarrow
\rho g h + P_{atm}=\rho g H +P_{insp}.$.
حداکثر ارتفاعی که می توان با مکش یک مایع را به آن کشید (یعنی هوای استنشاق/مکیده)
$H=h + \frac{P_{atm}-P_{insp}}{\rho}.$
در عمل وضعیت به ندرت ثابته بنابراین ممکن است سعی شود با استفاده از قانون برنولی اصلاحی انجام بشه به این معنی که وقتی مایع به سمت بالا حرکت می کنه فشار لازم برای حفظ حرکت آن کمتر از حالت استاتیک است..hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth
semester of aerospace engineering
رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضا
وقتی از نی استنشاق می کنید جو را از نی خارج میکنین (به ریه های میره. اکنون اتمسفر مایع درون لیوان را به سمت پایین فشار میده با توجه به تعادل آن در داخل نی بنابراین مایع به داخل دهان شما بالا میرود!وقتی هوا را از نی می مکیم هوای کمتری به آب داخل نی فشار می آورد تا آب بیرون آن. این عدم تعادل باعث می شود که آب بیشتری به داخل نی رانده شود. آب تا زمانی افزایش می یابد که فشار ایجاد شده توسط ستون آب در نی با اختلاف فشار هوا برابر شود
چرا مایع روی نی بالا و پایین می رود اما در ته بطری تغییر نمی کند؟
وقتی درب بطری را میبندیم آب در حال پایین آمدن است اما هوای بالای بطری به خلاء تبدیل میشه این به معنای فشار کم است. فشار هوا در خارج از بطری بیشتر است، بنابراین در واقع سعی می کند از سوراخ پایین به داخل بطری فشار وارد کند. با این کار، آب را داخل نگه می داره!
پس چه چیزی باعث میشه مایع به سمت بالا حرکت کنه؟
نوشیدن یک نوشیدنی از طریق نی ممکن است ساده به نظر برسه . اماما در واقع از تغییرات فانتزی فشار هوا برای جابجایی نوشیدنی خود استفاده می کنیم. عمل جرعه جرعه زمانی اتفاق میافته که فشار هوا را در دهان خود پایین میآوریم که به فشار اتمسفر اجازه میدهد مایع را به سمت نی فشار بده
مهر و موم کردن بالای نی با انگشت ورود هوا و اعمال نیروی رو به پایین روی مایع را متوقف می کند و تنها نیروی فشار هوا از پایین به سمت بالا باقی میمونه. این نیروی رو به بالا قوی تر از نیروی گرانش است که مایع را به سمت پایین می کشدچرا اگر آن را در آب غوطه ور کنیم و انگشت شست خود را بالای آن نگه داریم از نی خارج نمیشه؟
این به این دلیل است که اتمسفر فشاری را از پایین به سمت بالا اعمال می کند تا از ریزش آب جلوگیری کند (فضای بالای آب دارای فشار کمی به سمت پایین است که با تراکم ناپذیری آب به حداقل می رسد). نیروی خالص صفره پس بنابراین آب حرکت نمی کند
وقتی با نی مینوشم فشار اتمسفر آب را فشار میدهد یا من آن را میمکم؟فشار اتمسفر است که آن را فشار می دهد. در خلاء، اگر سعی میکردید یک نی را بمکید هیچ اتفاقی نمیافتد (حتی نمیتوانید مکیدن کنید). یا اگر یک ظرف سفت و سخت را مهر و موم کنید تا تنها دهانه آن نی باشد هیچ اتفاقی هم نمی افتد. سفت است بنابراین فشار اتمسفر نمی تواند ظرف را برای تعامل با مایع داخل تغییر شکل دهد.
در هر دو مورد، عمل شما باعث عدم تعادل در فشار شد اما خود جریان ناشی از فشار است. اگر منبع فشار وجود نداشته باشه چه گرانش باشد و چه فشار اتمسفر اعمال شما کاری از پیش نمی بره.فشار اتمسفر نتیجه برخوردهای الاستیک بین مولکولها است، بنابراین مولکولها از یکدیگر جهش میکنند یا هل میدم. وقتی از نی می نوشید مانند یک طناب کشی معکوس است که هر دو طرف به جای کشیدن فشار می آورند. قبل از شروع مکیدن هوای داخل و خارج نی در فشار یکسانی قرار دارد - هر دو طرف به یک اندازه محکم فشار می آورند و مایع موجود در نی حرکت نمی کنه. همانطور که نی را می مکید فشار داخل نی را کاهش میدین به این معنی که به مایع فشار نمی آورد. نیروهای وارد بر مایع اکنون نامتعادل شدهاند، زیرا هوای خارج از نی به شدت بیشتر از هوای داخل نی فشار میآورد و مایع را به سمت نی بالا میبرد.
فشار هوا به دلیل فشار بین مولکول ها ایجاد می شود. خلاء مکد نمی کند - توجه داشته باشید که به معنای واقعی کلمه چیزی وجود ندارد که نیروی مکش ایجاد کند. بلکه این فشار سیال است که همیشه در حال فشار دادن است و اگر نیروی عقب راندن کافی وجود نداشته باشد به دلیل نیروهای نامتعادل حرکت می تواند رخ دهد.
تصور کنید به جای مکیدن نی به جای آن باد کنید - فشار هوای محیط اطراف شیشه به طور ناگهانی از نیروی هل دادن به نیروی کششی تغییر نمی کند. در عوض، نیروی هل دادن اطراف شیشه به سادگی توسط نیروی فشاری حتی بزرگتر در داخل نی غلبه می کند. اما اینکه فشار در یک ناحیه بیشتر یا کمتر از ناحیه دیگر باشد ماهیت نیروی فشار را تغییر نمی دهد. اگرچه فشار اساساً یک نیروی هل دادن است مکش از دهان برای عدم تعادل فشار لازمه به همین دلیل است که آب خود به خود به سمت بالای نی بالا نمی رود.این سوال مانند این است که بپرسید وقتی توپی می افتد آیا از سطح بالاتر دور می شود یا به سمت سطح پایین تر حرکت می کند؟ آیا به این دلیل حرکت می کند که سطح بالاتر بالاتر است یا به دلیل اینکه سطح پایین تر است این یکسانه هر دو سطح (فشار اتمسفر و فشار ریه) به یک اندازه مهم هستند. این تفاوت آنهاست که جریان (توپ یا هوا) را هدایت می کند، نه صرفاً مقدار در یک نقطه یا نقطه دیگر. اگر مقادیر متفاوتی داشته باشند، یک گرادیان وجود خواهد داشت، و اشیا تمایل دارند تا شیبها به سمت پایین جریان پیدا کنند. این یک پدیده جهانی با مثال های فراوان است: گرادیان فشار (حرکت سیال)، گرادیان انرژی گرانشی (اشیاء در حال سقوط)، گرادیان پتانسیل الکتریکی ("ولتاژ"، جریان الکتریسیته)، گرادیان غلظت (انتشار / ذرات در حال حرکت در یک سیال) و غیره. . بنابراین مکیدن و هل دادن دو روی یک سکه هستند و سکه (جریان سیال) بدون دو روی وجود نخواهد داشت. بهتر است آن را نه از یک طرف یا آن طرف (مکیدن ریه یا فشار اتمسفر)، بلکه به عنوان یک حرکت خالص ایجاد شده توسط یک گرادیان/تفاوت فشار در نظر بگیرید، که ویژگی چگونگی ارتباط این جفت نقاط با یکدیگر است.مدل هیدرواستاتیک
برای سادگی یک نی عمودی با نوک در عمق h زیر سطح مایع و سطح مایع داخل نی به ارتفاع H (اندازه گیری شده از نوک غوطه ور) در نظر می گیریم. این ستون مایع دارای وزن ρgHA است که در آن A سطح مقطع نی است. نیرویی که از پایین به آن وارد می شود با فشار در عمق $(\rho g h + P_{atm})A$ متناسب است، در حالی که نیرویی که از بالا به آن وارد می شود با فشار ایجاد شده از دمیدن هوا در نی است: $AP_{insp}$. بنابراین موازنه نیرو به صورت نوشته می شود
$(\rho g h + P_{atm})A=\rho g H A+AP_{insp} \Leftrightarrow
\rho g h + P_{atm}=\rho g H +P_{insp}.$.
حداکثر ارتفاعی که می توان با مکش یک مایع را به آن کشید (یعنی هوای استنشاق/مکیده)
$H=h + \frac{P_{atm}-P_{insp}}{\rho}.$
در عمل وضعیت به ندرت ثابته بنابراین ممکن است سعی شود با استفاده از قانون برنولی اصلاحی انجام بشه به این معنی که وقتی مایع به سمت بالا حرکت می کنه فشار لازم برای حفظ حرکت آن کمتر از حالت استاتیک است..hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth
semester of aerospace engineering
رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضا