Ανδρέας Ιωάννου Κασσέτας

Η Φυσική στη B΄ Γυμνασίου.

Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ 5.

η πίεση δηλαδή είναι μια καινούρια ΔΥΝΑΜΗ

που περιγράφει μόνο

την πράξη του «σπρώχνω»

ΟΧΙ . . ΟΧΙ . . ΟΧΙ.

Η ΠΙΕΣΗ

ΔΕΝ ΕΙΝΑΙ ΔΥΝΑΜΗ

είναι μια έννοια που επινόησαν οι φυσικοί

για να περιγράψουν φαινόμενα που δεν μπορεί να τα περιγράψει η δύναμη

όπως ;

Με το μαχαίρι μπορείς να κόψεις το ψωμί

αν το χειριστείς κατάλληλα

ενώ αν δοκιμάσεις

με την άλλη κόψη,

ασκώντας

την ΙΔΙΑ ΔΥΝΑΜΗ

δεν θα τα καταφέρεις.

Αυτό δεν μπορεί

να το περιγράψει

η έννοια δύναμη,

ενώ η έννοια πίεση μπορεί .

Η πίεση ως έννοια έχει περιορισμένο ενδιαφέρον

για τη μελέτη των ΣΤΕΡΕΩΝ σωμάτων

και περιορίζεται κυρίως

στο να ερμηνεύσει φαινόμενα παραμορφώσεων.

Τελικά είναι

μια έννοια

δευτέρας κατηγορίας ;

Για τα ΣΤΕΡΕΑ ναι .

Κατά τη μελέτη όμως

των ΥΓΡΩΝ

και των ΑΕΡΙΩΝ

η έννοια ΠΙΕΣΗ

αναδεικνύεται σε μεγάλη πρωταγωνίστρια

Για να ΠΡΟΒΛΕΨΟΥΜΕ ΘΕΩΡΗΤΙΚΑ

ποια από τις τρεις θα δημιουργήσει τη μεγαλύτερη ΠΙΕΣΗ

θα χρειαστούμε την έννοια ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ

Αν συμβολίσουμε την ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ με το γράμμα ρ και τον ΟΓΚΟ με το γράμμα V

άρα m = ρ V

εφόσον ένα αντικείμενο είναι ακίνητο η δύναμη την οποία ασκεί στο έδαφος είναι ίση με το βάρος του, άρα η πίεση είναι ίση με mg/A, όπου m η μάζα του και Α το εμβαδόν της βάσης

αλλά η μάζα είναι ίση με την ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ του υλικού επί τον ΟΓΚΟ του αντικειμένου m = ρdV και – σύμφωνα με τη Γεωμετρία - ο όγκος είναι «εμβαδόν βάσης επί το ύψος h» V = A h

άρα p = mg/A = ρVg /A = ρAhg/A

p = ρgh

Αν κατάλαβα καλά η πίεση που δημιουργείται στη βάση μιας ομογενούς κυλινδρικής στήλης,

λόγω του βάρους της, είναι ίση με το γινόμενο ρgh

εξαρτάται δηλαδή μόνο από το ύψος της και δεν εξαρτάται από το πάχος της

Η πιο ψηλή από τις τρεις τσιμεντοκολώνες είναι δηλαδή εκείνη που δημιουργεί τη μεγαλύτερη πίεση στη βάση της

Τι εννοούμε λέγοντας ότι

ΣΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ

ΕΝΟΣ ΥΓΡΟΥ

- σε κάποιο σημείο Γ -

ΥΠΑΡΧΕΙ ΠΙΕΣΗ ;

το υγρό δηλαδή πάντα ΣΠΡΩΧΝΕΙ

οτιδήποτε και να βρει,

είτε αντικείμενο – επισκέπτη

είτε τοίχωμα, το σπρώχνει

στη γλώσσα της Φυσικής του ασκεί δύναμη

κάθετη στην επιφάνεια με κατεύθυνση προς αυτήν

Υποθέτω ότι

και τα ΑΕΡΙΑ

κάνουν το ίδιο

Βέβαια ...

γι αυτό υπάρχει

και η έννοια

ΠΙΕΣΗ ΕΝΟΣ ΑΕΡΙΟΥ

Ο αέρας μέσα στη σχολική αίθουσα σπρώχνει καθένα από τα τζάμια στα παράθυρα το σπρώχνει προς τα έξω

στο πάτωμα ασκεί δύναμηπρος τα κάτω, το ταβάνι το σπρώχνει προς τα πάνω

ασκεί πιεστικές δυνάμεις – κάθε φορά κάθετες – και στις επιφάνειες του σώματος μας

Στο σημείο Γ ενός υγρού

υπάρχει λοιπόν πίεση . Πόση είναι ;

Το σημείο Γ “αισθάνεται” την πίεση λόγω του βάρους

μιας υπερκείμενης κυλινδρικής στήλης νερού

και την ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ πίεση που υπάρχει στην ελεύθερη επιφάνεια

Η λόγω του βάρους πίεση είναι

με το γινόμενο «πυκνότητα x επιτάχυνση βαρύτητας x βάθος» ρgh

Η πίεση στο σημείο Γ θα είναι το άθροισμά τους

Εφόσον πάνω από την ελεύθερη επιφάνεια υπάρχει αέρας, η εξωτερική πίεση είναι η ατμοσφαιρική πίεση

άρα p = p_ατμ + ρgh

Nαι αλλά η εξωτερική πίεση

δεν σβήνει καθώς πηγαίνουμε

όλο και πιο βαθιά ;

ΟΧΙ είπε ο Pascal

«η ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΠΙΕΣΗ που υπάρχει στην επιφάνεια ενός υγρού

ΜΕΤΑΦΕΡΕΤΑΙ ΑΝΑΛΛΟΙΩΤΗ ΣΕ ΟΛΗ ΤΗΝ ΕΚΤΑΣΗ ΤΟΥ ΥΓΡΟΥ»

Παράξενο . Ένα σημείο στη θάλασσα

της Σαντορίνης θα «αισθανθεί»

μια μεταβολή της ατμοσφαιρικής πίεσης

με τον ίδιο τρόπο είτε βρίσκεται

σε βάθος 4 μέτρων είτε σε βάθος 300 μέτρων ;

Έτσι υποστηρίζουν οι φυσικοί και αυτό το λένε Αρχή του Pascal

Βέβαια η ολική πίεση στα 300 μέτρα θα είναι

μεγαλύτερη λόγω της μεγαλύτερης υδροστατικής

Η επιστημονική έρευνα του φαινομένου

ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΕΝΟΣ ΥΓΡΟΥη λεγόμενη ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗ,

θεμελιώθηκε τον 17ο αιώνα

Και ο Blaise Pascal – Μπλαιζ Πασκάλ - ,

από το Κλερμόν Φεράν της Γαλλίας, υπήρξε ο βασικός θεμελιωτής

ο Πασκάλ έζησε

πριν

από τον Νεύτωνα ;

Δηλαδή καθώς βυθιζόμαστε όλο και πιο βαθιά

η πίεση αυξάνεται ΕΠΕΙΔΗ ΥΠΑΡΧΕΙ ΒΑΡΥΤΗΤΑ

και αν δεν υπήρχε βαρύτητα η πίεση θα ήταν σε κάθε βάθος

ίση με την εξωτερική

Πάντως σε έναν κόσμο με βαρύτητα

στο ίδιο βάθος οι πιέσεις είναι

ΠΑΝΤΑ ίσες

ΜΟΝΟ εφόσον το

αρχικά ακίνητο νερό

διατηρείται ακίνητο

Ισχύει και το αντίστροφο .

ΕΦΟΣΟΝ ΟΙ ΠΙΕΣΕΙΣ ΣΤΟ ΙΔΙΟ ΒΑΘΟΣ ΕΙΝΑΙ ΙΣΕΣ,

το αρχικά ακίνητο υγρό διατηρείται ΑΚΙΝΗΤΟ

Να συνοψίσουμε

η πίεση σε ένα οποιοδήποτε σημείο

ενός ΑΚΙΝΗΤΟΥ υγρού θα είναι άθροισμα

πίεση = εξωτερική πίεση + υδροστατική πίεση

γιατί την λόγω βαρύτητας

πίεση - ρgh -

τη χαρακτηρίζουν

ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ;

Διότι εάν η λόγω βαρύτητας παραπάνω πίεση είναι ακριβώς ίση με ρgh

το υγρό ΙΣΟΡΡΟΠΕΙ

Ενώ δηλαδή το φαινόμενο

ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ενός ΣΤΕΡΕΟΥ

περιγράφεται με την έννοια ΔΥΝΑΜΗ,

η ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ενός ΥΓΡΟΥ περιγράφεται

με την έννοια ΠΙΕΣΗ

Την πίεση που ασκεί μια τσιμεντοκολώνα στο έδαφος

είναι εύκολο να τη μετρήσουμε.

Ζυγίζουμε το αντικείμενο, υπολογίσουμε το εμβαδόν της βάσης και κάνουμε διαίρεση

Αλλά την ΠΙΕΣΗ σε ένα σημείο στο εσωτερικό ενός υγρού πώς τη μετράμε ; Υπάρχει ειδικό όργανο ; Πώς είναι ;

Στο σχολικό εργαστήριο υπάρχουν όργανα τα οποία λέγονται μανόμετρα

Ένας σωλήνας σε σχήμα ύψιλον U

– θα μπορούσε να είναι και γυάλινος -

με χρωματισμένο υγρό-

λάδι, χρωματισμένο νερό ή υδράργυρος,

ένα λαστιχένιο σωληνάκι

που το έχουμε συνδέσει με τον σωλήνα U

και στην άλλη του άκρη

μία μεμβράνη

στην οποία θα ασκηθεί η δύναμη από το υγρό.

Νομίζω ότι κατάλαβα. Θα μπορούσα κι εγώ να φτιάξω

ένα απλό μανόμετρο Αντί για δύο σωλήνες, τον γυάλινο και τον λαστιχένιο,

θα χρησιμοποιήσω έναν λαστιχένιο αλλά τι θα κάνω

με τη μεμβράνη ;

Θα μπορούσες να χρησιμοποιήσεις

μια πλαστική φιάλη νερού

Ατμοσφαιρική πίεση

.