فشار (Pressure) در فیزیک چیست؟
فشار کمیتی نردهای است که بیانگر میزان نیروی اعمال شده بر واحد سطح میباشد. نکته کلیدی در تعریف فشار، "توزیع نیرو" است. یک نیروی مشخص اگر بر سطح کوچکی وارد شود، فشار بسیار زیادی ایجاد میکند (مثل لبه چاقو)، اما همان نیرو اگر بر سطح بزرگی پخش شود، فشار کمی ایجاد خواهد کرد (مثل چوب اسکی روی برف). واحد استاندارد فشار در سیستم SI، پاسکال (Pa) نام دارد.
فرمول محاسبه فشار
رابطه ریاضی فشار از تقسیم نیروی عمودی بر مساحت سطح تماس به دست میآید:
P = F / A- P= فشار (Pascals)
- F= نیرو (Newtons)
- A= مساحت (m²)
مثالهای کاربردی در زندگی روزمره
۱. کفش پاشنه بلند
شخصی با وزن ۶۰۰ نیوتن اگر کفش پاشنه بلند بپوشد، تمام وزن روی مساحت بسیار کوچکی (مثلا ۱ سانتیمتر مربع) متمرکز میشود. فشار حاصل میتواند از فشار فیل روی زمین بیشتر باشد!
۲. تزریق آمپول
سوزن آمپول نوک بسیار تیزی دارد (مساحت بسیار کم). با وارد کردن نیرویی اندک توسط دست، فشاری عظیم در نوک سوزن ایجاد میشود که پوست را به راحتی میشکافد.
۳. ماشینهای سنگین
تریلیها و ماشینآلات راهسازی چرخهای پهن و متعدد دارند تا سطح تماس ($A$) را افزایش دهند. این کار باعث کاهش فشار ($P$) روی آسفالت شده و از تخریب جاده جلوگیری میکند.
خطاهای رایج محاسباتی
- واحد مساحت: بزرگترین خطا استفاده از $cm^2$ به جای $m^2$ است. هر ۱ متر مربع برابر با ۱۰,۰۰۰ سانتیمتر مربع است (نه ۱۰۰!).
- جرم به جای نیرو: در فرمول فشار باید از نیرو (نیوتن) استفاده کنید. اگر جرم (کیلوگرم) دارید، ابتدا آن را در شتاب گرانش (تقریبا ۱۰) ضرب کنید.
- نیروی مایل: فرمول $P=F/A$ فقط برای نیروی "عمودی" صادق است. اگر نیرو مایل باشد، باید مولفه عمودی آن ($F \cos \theta$) را حساب کنید.
- مساحت کل vs تک پایه: اگر جسمی روی ۴ پایه ایستاده است، برای محاسبه فشار وارد بر زمین، باید مساحت کف هر ۴ پایه را با هم جمع کنید.