Τέσσερα σημεία σοβαρής διαφωνίας

για το πώς παρουσιάζεται στο σχολικό βιβλίο

Β΄ Γυμνασίου η έννοια ΠΙΕΣΗ

Ανδρέας Ιωάννου Κασσέτας

( Από την ομιλία στο 12^ο Συνέδριο της Ένωσης Ελλήνων Φυσικών )

1. Οι έννοιες «πίεση - ακίνητου υγρού» - και «υδροστατική πίεση»

δεν ταυτίζονται.

Η πίεση ενός ακίνητου υγρού ΔΕΝ ονομάζεται υδροστατική πίεση.

η έννοια ΠΙΕΣΗ	η έννοια ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΠΙΕΣΗ
ΕΡΩΤΗΣΗ : Τι εννοούμε λέγοντας ότι «στο εσωτερικό ενός υγρού υπάρχει πίεση ; »	ΕΡΏΤΗΣΗ : Σε τι ακριβώς αναφέρεται η έννοια ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΠΙΕΣΗ ;
ΑΠΑΝΤΗΣΗ : Εννοούμε ότι ΕΑΝ μέσα στο υγρό βρεθεί η επιφάνεια ενός αντικειμένου, θα ασκηθεί σ’ αυτήν ΔΥΝΑΜΗ που θα «σπρώχνει» το αντικείμενο. Η (πιεστική) αυτή δύναμη παριστάνεται με ένα διάνυσμα ΚΑΘΕΤΟ στην επιφάνεια και θα είναι ίση με το γινόμενο « πίεση του υγρού επί εμβαδόν της επιφάνειας» Το ίδιο ισχύει και για οποιοδήποτε ΑΕΡΙΟ, οπότε αναφερόμαστε σε ΠΙΕΣΗ ΤΟΥ ΑΕΡΙΟΥ	ΑΠΑΝΤΗΣΗ: Καθώς βυθιζόμαστε όλό και πιο βαθιά σε ένα ακίνητο υγρό, η πίεση συνεχώς αυξάνεται και αυτό οφείλεται στη βαρύτητα. Εφόσον το υγρό είναι ακίνητο, η πίεση ενός σημείου Μ σε βάθος h είναι μεγαλύτερη (από την πίεση στην επιφάνεια) κατά την ποσότητα ρgh, όπου ρ η πυκνότητα Η παραπάνω αυτή πίεση οφείλεται στη βαρύτητα και εφόσον το υγρό ισορροπεί είναι ίση με το γινόμενο ρgh. Αν θέλουμε μπορούμε να τη χαρακτηρίζουμε υδροστατική πίεση.

Η εννοιακή ταύτιση ΠΙΕΣΗΣ και ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ έχει και ως συνέπεια μια σοβαρή αμηχανία στην λειτουργία της υδραυλικής αντλίας κατά την οποία ο διδασκόμενος αναζητεί μάταια στο ακίνητο υγρό την ΠΙΕΣΗ = ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΠΙΕΣΗ.

ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΠΙΕΣΗ είναι η υπερπίεση

η οφειλόμενη στη βαρύτητα

2. Το «τι ακριβώς μετράει το μανόμετρο που χρησιμοποιούμε» δεν εμφανίζεται πουθενά. Τα μανόμετρα που χρησιμοποιούμε ΔΕΝ ΔΕΙΧΝΟΥΝ την τιμή της πίεσης αλλά την υπερπίεση, δηλαδή τη διαφορά από την ατμοσφαιρική πίεση .

Αυτό – μαζί με τη εμμονή στο «να αποκαλείται ΠΙΕΣΗ η υδροστατική πίεση του ακίνητου υγρού» - οδηγεί σε ποικίλες συγχύσεις.

3. Δεν δίνεται έμφαση στο ότι η Φυσική για να περιγράψει, να ερμηνεύσει και να προβλέψει το ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ «ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΥΓΡΟΥ» δεν χρησιμοποιεί την έννοια ΔΥΝΑΜΗ, αλλά την έννοια ΠΙΕΣΗ.

Πουθενά δεν επισημαίνεται ότι το ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ «ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΥΓΡΟΥ» περιγράφεται και ερμηνεύεται με τον νόμο

P = Pεξ + ρgh ή γενικότερα με την εξίσωση P₂ - P₁ = ρgh.

Αυτό φαίνεται χαρακτηριστικά στη σελίδα 73 όπου για να εξεταστεί η ισορροπία της στήλης υδραργύρου - πάνω από την οποία υπάρχει κενό - οι συγγραφείς επικαλούνται είτε την «Αρχή των συγκοινωνούντων δοχείων» είτε την ισορροπία των ΔΥΝΑΜΕΩΝ που ασκούνται στη στήλη. Ίσως δεν είναι γνωστό ότι

α. η σχετική Αρχή, αποκαλείται «Αρχή» επειδή είναι εμπειρικό δεδομένο που είχε προηγηθεί αιώνες πριν κάνει την εμφάνισή του ο νόμος για την ισορροπία ενός υγρού

β. Το φαινόμενο Ισορροπία υγρού περιγράφεται, όπως αναφέραμε, χωρίς την έννοια δύναμη αλλά με την έννοια πίεση.

Βέβαια στη σελίδα 76 - αφού οι μαθητές έχουν διδαχθεί τα πάντα

για την έννοια πίεση και αφού έχει νιώσει αμηχανία με την υδραυλική αντλία-

επέρχεται μια μορφή διόρθωσης με την αναφορά στον όρο « η συνολική πίεση του υγρού».

Ωστόσο εκείνο που ΔΕΝ αναφέρεται πουθενά είναι ότι η εξίσωση

p_ολική = p_ατμ + ρgh ισχύει μόνο κατά την ισορροπία του υγρού,

περιγράφει ερμηνεύει και προβλέπει το φαινόμενο ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΥΓΡΟΥ.

4. Υπάρχει μια σοβαρή διαφορά ανάμεσα στις έννοιες

«ΠΙΕΣΗ των ΥΓΡΩΝ» και «ΠΙΕΣΗ ΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ».

Η σοβαρή αυτή διαφορά δεν κάνει την εμφάνισή της

σε κανένα σημείο του Σχολικού βιβλίου.

Η σοβαρή αυτή διαφορά περιγράφει με τον καλύτερο τρόπο

τη διαφορά των βασικών ιδιοτήτων

ΑΣΥΜΠΙΕΣΤΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΥΓΡΩΝ και

ΣΥΜΠΙΕΣΤΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ

ΑΣΥΜΠΙΕΣΤΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΥΓΡΟΥ	ΣΥΜΠΙΕΣΤΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΑΕΡΙΟΥ
Όταν εξετάζουμε την κατανομή της πίεσης σε ένα ΥΓΡΟ, οφείλουμε να κάνουμε σαφή διάκριση μεταξύ δύο ακραίων περιπτώσεων	Όταν εξετάζουμε την κατανομή της πίεσης σε ένα ΑΕΡΙΟ οφείλουμε να κάνουμε σαφή διάκριση μεταξύ δύο ακραίων περιπτώσεων
α. Εάν το υγρό βρίσκεται σε περιοχή χωρίς βαρύτητα , η πίεση προέρχεται αποκλειστικά από κάποιο εξωτερικό πιεζόμενο έμβολο και - εφόσον ισορροπεί - είναι σε όλη την έκτασή του ίδια	α. Εάν το αέριο υγρό βρίσκεται σε κάποιο κλειστό δοχείο σε περιοχή χωρίς βαρύτητα, έχει σε κάθε περίπτωση πίεση και - εφόσον ισορροπεί - είναι σε όλη την έκτασή του ίδια και χαρακτηρίζεται πίεση του αερίου. Η εμπειρία αυτή ώθησε την ανθρώπινη σκέψη στην ΙΔΕΑ σε κάθε αέριο «υπάρχει ένας Μικρόκοσμος κινουμένων σωματιδίων».
β. Εάν το υγρό βρίσκεται σε πεδίο βαρύτητας η πίεση αυξάνεται με το βάθος και - εφόσον ισορροπεί - η διαφορά των πιέσεων δύο σημείων του είναι ίση με ρgh.	β. Εάν το αέριο βρίσκεται σε πεδίο βαρύτητας η πίεση αυξάνεται με το βάθος και - εφόσον ισορροπεί - η διαφορά των πιέσεων δύο σημείων του είναι ίση με ρgh