Skip to main content
Global

11.3: Shinikizo

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    183967

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Malengo ya kujifunza

    Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

    • Eleza shinikizo.
    • Eleza uhusiano kati ya shinikizo na nguvu.
    • Tumia nguvu iliyotolewa shinikizo na eneo.

    Bila shaka umesikia neno shinikizo linalotumiwa kuhusiana na damu (shinikizo la juu au la chini la damu) na kuhusiana na hali ya hewa (mifumo ya hali ya hewa ya juu na ya chini). Hizi ni mbili tu ya mifano mingi ya shinikizo katika maji.

    Ufafanuzi: Shinikizo

    Shinikizo hufafanuliwa kama nguvu iliyogawanywa na eneo la perpendicular kwa nguvu ambayo nguvu hutumiwa, au

    \[P = \dfrac{F}{A}. \label{pressure}\]

    ambapo\(F\) ni nguvu kutumika kwa eneo\(A\) kwamba ni perpendicular kwa nguvu.

    Nguvu iliyotolewa inaweza kuwa na athari tofauti sana kulingana na eneo ambalo nguvu hutumiwa, kama inavyoonekana kwenye Mchoro Kielelezo\(\PageIndex{1}\). Kitengo cha SI cha shinikizo ni pascal, wapi

    \[1 \, Pa = 1 \, N/m^2.\]

    Mbali na pascal, kuna vitengo vingine vingi vya shinikizo ambavyo vinatumiwa kwa kawaida. Katika hali ya hewa, shinikizo la anga mara nyingi linaelezewa katika vitengo vya millibar (mb), wapi

    \[100 \, mb = 1 \times 10^4 \, Pa.\]

    Pounds kwa inchi\((lb/in^2 \, or \, psi)\) mraba bado wakati mwingine hutumiwa kama kipimo cha shinikizo la tairi, na milimita ya zebaki (mm Hg) bado hutumiwa mara nyingi katika kipimo cha shinikizo la damu. Shinikizo hufafanuliwa kwa majimbo yote ya suala lakini ni muhimu hasa wakati wa kujadili maji.

    Katika takwimu a, mtu hupigwa kwa kidole akiwa na shinikizo ndogo kutokana na eneo kubwa la kuwasiliana na, katika b, hupigwa na sindano yenye shinikizo kubwa kutokana na eneo ndogo la kuwasiliana.
    Kielelezo\(\PageIndex{1}\): (a) Wakati mtu akipigwa kwa kidole anaweza kuwa hasira, nguvu ina athari kidogo ya kudumu. (b) Kwa upande mwingine, nguvu sawa kutumika kwa eneo ukubwa wa mwisho mkali wa sindano ni kubwa ya kutosha kuvunja ngozi.

    Mfano\(\PageIndex{1}\): Calculating Force Exerted by the Air - What Force Does a Pressure Exert?

    Mwanaanga anafanya kazi nje ya International Space Station ambapo shinikizo la anga kimsingi ni sifuri. Kupima shinikizo kwenye tank yake ya hewa inasoma\(6.9 \times 10^6 \, Pa\). Ni nguvu gani hewa ndani ya tank hufanya juu ya mwisho wa gorofa ya tank cylindrical, disk 0.150 m mduara?

    Mkakati

    Tunaweza kupata nguvu inayotokana na ufafanuzi wa shinikizo (Equation\ red {shinikizo}) isipokuwa tunaweza kupata eneo\(A\) lililofanyika.

    Suluhisho

    Kwa kupanga upya ufafanuzi wa shinikizo (Equation\ red {shinikizo}) kutatua kwa nguvu, tunaona kwamba

    \[F = PA.\nonumber\]

    Hapa, shinikizo\(P\) hutolewa, kama ilivyo eneo la mwisho wa silinda\(A\), iliyotolewa na\(A = \pi r^2\). Hivyo

    \[ \begin{align*} F &= (6.90 \times 10^6 \, Pa)(3.14)(0.0750 \, m)^2 \\[5pt] &= 1.22 \times 10^5 \, N. \end{align*}\]

    Majadiliano

    Wow! Haishangazi tank lazima iwe imara. Tangu tumegundua\(F = PA\), tunaona kwamba nguvu inayotumiwa na shinikizo ni moja kwa moja sawia na eneo lililofanyika pamoja na shinikizo yenyewe.

    Nguvu iliyotumiwa mwishoni mwa tank ni perpendicular kwa uso wake wa ndani. Mwelekeo huu ni kwa sababu nguvu hutumiwa na maji ya tuli au ya stationary. Tayari tumeona kwamba maji ya maji hayawezi kuhimili vikosi vya kuvikwa (upande wa pili); hawawezi kutumia vikosi vya kuvika, ama. Shinikizo la maji haina mwelekeo, kuwa kiasi cha scalar. Majeshi kutokana na shinikizo yana maelekezo yaliyofafanuliwa vizuri: daima hutumiwa perpendicular kwa uso wowote. (Angalia tairi katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\), kwa mfano.)

    Majeshi ndani ya tairi yanaonyeshwa kwa mistari ya mshale. Inset inaonyesha mtazamo ulioenea wa valve katika tairi. Shinikizo la hewa katika tairi huweka valve imefungwa.
    Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Shinikizo ndani ya tairi hii ina nguvu perpendicular kwa nyuso zote ni mawasiliano. Mishale hutoa maelekezo ya mwakilishi na ukubwa wa majeshi yaliyotumika kwa pointi mbalimbali. Kumbuka kwamba maji ya tuli hayatumii nguvu za kukata.

    Hatimaye, kumbuka kuwa shinikizo linatumika kwenye nyuso zote. Waogeleaji, pamoja na tairi, jisikie shinikizo pande zote (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)).

    Mtu anayeogelea chini ya maji ana mishale mingi inayoelekeza kwake ili kuwakilisha maelekezo na ukubwa wa majeshi yaliyotumiwa juu yake kwa pointi mbalimbali.
    Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Shinikizo linatumika pande zote za mwogeleaji huyu, kwani maji yangeingia ndani ya nafasi anayoshikilia ikiwa hakuwapo. Mishale inawakilisha maelekezo na ukubwa wa majeshi yaliyotumika kwa pointi mbalimbali juu ya kuogelea. Kumbuka kuwa vikosi ni kubwa chini, kutokana na kina zaidi, kutoa nguvu ya juu au nguvu ya buoyant ambayo ni sawa na uzito wa kuogelea.

    PHET EXPLORATIONS: GESI MALI

    Pump molekuli gesi katika simulation hii kwa sanduku na kuona nini kinatokea unapobadilisha kiasi, kuongeza au kuondoa joto, mabadiliko ya mvuto, na zaidi. Pima joto na shinikizo, na kugundua jinsi mali ya gesi hutofautiana kuhusiana na kila mmoja.

    Muhtasari

    • Shinikizo ni nguvu kwa kila kitengo perpendicular eneo ambalo nguvu hutumiwa. Katika fomu ya equation, shinikizo hufafanuliwa kama\[F = PA. \nonumber\]
    • Kitengo cha SI cha shinikizo ni pascal na\(1 \, Pa = 1 \, N/m^2.\)

    faharasa

    shinikizo
    nguvu kwa kila eneo la kitengo perpendicular kwa nguvu, juu ya ambayo nguvu vitendo