في عالم الفيزياء، يعتبر الضغط أحد المفاهيم الأساسية التي يعتمد عليها العديد من التطبيقات الهندسية والعلمية،يمكن تعريف الضغط بأنه القوة المؤثرة عموديًا على وحدة المساحة،تختلف قوانين الضغط وفقًا لنوع المادة المعنية، سواء كانت سوائل أو غازات أو مواد صلبة،يتناول هذا البحث مجموعة من القوانين الأساسية المتعلقة بالضغط، من خلال تسليط الضوء على القوانين المتعارف عليها والموثقة في المجلات العلمية،سنتحدث عن أشهر هذه القوانين وكيف تؤثر في حياتنا اليومية.

جميع قوانين الضغط في الفيزياء

تبدأ جميع قوانين الضغط في الفيزياء من منطلق قانون واحد جامع وهو قانون الضغط العام، الذي ينص على أن

الضغط = القوة / المساحة، ويتم اختصاره بـ (ض= ق/م)

يمثل الضغط الوزن الناتج عن عمود الهواء المؤثر على مساحة محددة، وتقييس الضغط يتم عادة باستخدام وحدتي الباسكال ومليمتر زئبق.

عند دراسة الموائع، نكتشف أن لها قانون خاص يؤكد أن الضغط داخل السائل يتوزع بالتساوي،نص هذا القانون هو

الضغط = القوة المؤثرة / المساحة التي يؤثر عليها الضغط، ويتم اختصاره بـ (ض= ق/أ)

عند تناول هذا المفهوم، يجب ملاحظة بعض المتغيرات المؤثرة، مثل

• المساحة، العلاقة بينها وبين الضغط هي عكسية؛ فكلما زادت المساحة، قل الضغط.
• القوة، ترتبط بشكل طردي مع الضغط؛ أي أن القوة تؤدي إلى الضغط.
• نوع وطبيعة المائع.
• كثافة المائع.

إلى جانب ذلك، هناك قوانين خاصة تصف حالات معينة، مثل

قانون باسكال

يعد قانون باسكال أحد أهم القوانين في مجال الضغط، حيث ينص على أن الضغط المطبق على سائل محصور يتوزع بالتساوي في جميع الاتجاهات لأي نقطة في السائل،فعلى سبيل المثال، إذا كان هناك سائل داخل أنبوب متصل بأماكن عديدة، فإن الضغط الذي يؤثر على أي محور من الأنبوب سيكون متساويًا في جميع الأماكن.

هذا القانون لا ينطبق على الغازات، حيث إن جزيئات الغاز تكون أكثر تباعدًا، مما يجعل عملية الضغط أكثر تعقيدًا،فمثلاً، إذا تم تطبيق ضغط على أحد أجزاء الغاز، لا يمكن أن ينتقل ذلك الضغط بالتساوي كما هو الحال مع السوائل.

التمثيل الرياضي لقانون باسكال

يمكن تمثيل قاعدة باسكال بالصيغة التالية p2 – p1 = -pg(h2 – h1)

تطبيقات على قانون باسكال

يمكن رؤية تطبيقات قانون باسكال في حياتنا اليومية، مثل

الرافعة الهيدروليكية

تسمح الروافع الهيدروليكية برفع الأوزان الكبيرة بسهولة، حيث يتم تطبيق ضغط على سائل غير قابل للضغط في نظام يحتوي على أنابيب مختلفة المساحة.

فرامل السيارات الهيدروليكية

تعتمد على نفس المبدأ؛ حيث يتسبب ضغط السائق على دواسة الفرامل في نقل الضغط إلى العجلات.

قانون برنولي

يتعلق مبدأ برنولي بالضغط في السوائل المتدفقة، ويقول إن ضغط المائع في أنبوب مغلق يعتمد على قطر الأنبوب وسرعة تدفقه.

بالتالي، عندما يتدفق سائل من خلال منطقة ضيقة، تزداد سرعته و يقل ضغطه، وهذا هو أساس تصميم الأجنحة في الطائرات.

الصيغة الرياضية لقانون برنولي

يمكن تمثيل هذه العلاقة بالصيغة المعروفة (ضغط) + (طاقة حركية للقوة) + (طاقة الوضع) = ثابت

تطبيقات على قانون برنولي

تستخدم هذه المبادئ في تصميم الطائرات لتحقيق الرفع من خلال الفرق في ضغط الهواء بين جوانب الأجنحة.

قانون بويل

ينص قانون بويل على أن الضغط يتناسب عكسيًا مع حجم الغاز عند ثبات درجة الحرارة،في هذه الصيغة، يتضح أن الضغط قد يزيد إذا انخفض الحجم، والعكس صحيح.

الصيغة الرياضية لقانون بويل

يمكن التعبير عن قانون بويل بالعلاقة P × V = ثابت.

تطبيقات على قانون بويل

تظهر تطبيقات هذا القانون في حياتنا اليومية، مثل علب بخاخ الطلاء وكذلك الأمور المتعلقة بالغطس تحت الماء.

قانون شارل

يرتبط قانون شارل بحجم الغاز عند تغير درجة الحرارة، حيث العلاقة طردية؛ إذا زاد الحجم، زادت درجة الحرارة عند ثبات الضغط.

تطبيقات على قانون شارل

يوجد العديد من التطبيقات العملية لهذا القانون، مثل قياس ضغط الهواء في الإطارات وأيضاً في تصميم المناطيد.

قانون جاي لوساك

يركز هذا القانون على الضغط وثبات درجة الحرارة، حيث تتغير العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة.

تطبيقات على قانون جاي لوساك

تشمل التطبيقات؛ الأجهزة التي تزيد الضغط مثل أواني الطهي بالضغط.

وحدات قياس جميع قوانين الضغط في الفيزياء

من المهم معرفة وحدات القياس المستخدمة في القياس، مثل

• البار 1 بار يساوي 105 نيوتن / م2.
• باسكال وحدة رئيسية في قياس الضغط تساوي نيوتن لكل متر مربع.
• Atm تساوي 101325 باسكال.

في ختام هذا البحث، يتبين أن القوانين المتعلقة بالضغط تتضمن مجموعة متنوعة من المبادئ الفيزيائية التي تسهم في فهم سلوك الموائع والمركبات المختلفة،من خلال تطبيق هذه القوانين في مجموعة متنوعة من المجالات، يمكننا رؤية دورها الحيوي في تحسين الحياة اليومية وفي العمليات الصناعية،بالتالي، فإن التعرف على هذه القوانين وفهمها يعتبران أساسياً للمهندسين والعلماء، مما يعزز من الابتكارات في مجالات متعددة.