الضغط في الفيزياء

عندما يُزمع الطبيب بقياس الضغط للمريض، مستخدمًا جهاز الضغط الزئبقي المعروف، يقوم أولًا بلفّ كيس الهواء على ذراع المريض، ثم يقوم بضخّ الهواء بواسطة مضخة الكاوتشوك للجهاز، في كيس الهواء الملفوف على الذراع، المتصل بواسطة خرطوم رفيع بخزّان الزئبق، فيرتفع الزئبق في عمود الزئبق إلى أعلى، والطبيب يراقب نبض المريض بسماعته، حتى يختفي النبض بذراع المريض.

وهنا ينظر الطبيب إلى قراءة عمود الزئبق، وتكون قراءته هي المعبرة عن الضغط الانقباضيّ للمريض، ثم يخفّ الضغط مرة أخرى بواسطة محبس الهواء بالجهاز، حتى يسمع نبض المريض مرة أخرى، ثم يأخذ قراءة عمود الزئبق مرة ثانية، فتكون قراءته هي الضغط الانبساطيّ المكافئة لضغط المريض، فتعالوا بنا نتعرّف على الضغط الفيزيائيّ بشكل أوسع، من خلال مقالنا هذا، فتابعونا.

مفهوم الضغط

من خلال مثالنا السابق- في الضغط الانقباضيّ- نلاحظ أن نبض المريض اختفى، عندما وصل ارتفاع عمود الزئبق حتى قراءة معينة، هذا يعني أن ضغط المريض هنا، تساوى أو توازى مع وزن عمود الزئبق، ما نستطيع أن نفهم معه أن الضغط له وزن.

كذلك عندما نرى سفينة فوق سطح الماء، يمكننا أن نلاحظ أن السفينة ذات مساحة معينة، عند الجزء المغمور منها والموازي لسطح الماء، وإذا زادت حمولتها زاد الجزء المغمور منها في الماء أيضًا، هذا يعني أن الماء يقاوم وزن السفينة بمقدار وزنها، ولكن هذ الوزن موزّع على مساحة السفينة، عند الجزء المغمور منها.

وهذا يعني أن الضغط يتناسب عكسيًا مع مساحة السطح، أو بمعنى أدقّ أن الضغط يكون موزّعًا على مساحة السطح، محلّ الضغط، وعلى هذا يمكننا تعريف الضغط بأنه: “القوّة أو الوزن بالنسبة لوحدة المساحة”، أو هو: “القوة المؤثرة على وحدة المساحة”.

كيفية حساب الضغط

لحساب الضغط لابد من توافر معطيات حسابه، والمتمثّلة في معلومية القوة، أو الوزن، أو الكتلة، وكذلك معرفة المساحة محلّ الضغط، ويمكن حساب الضغط من خلال العلاقة الرياضية الآتية:

الضغط = القوة ÷ المساحة.

أو الضغط = (الكتلة × عجلة الجاذبية) ÷ المساحة.

أو الضغط = الوزن ÷ المساحة.

وحدة قياس الضغط

يتمّ تمييز الضغط بمتغيرين هما، متغير القوة ووحدة قياسها النيوتن، وكذلك متغير المساحة ووحدة قياسها السنتيمتر المربع، وبذلك تكون وحدة قياس الضغط هي النيوتن/ سم2، أو الباسكال/ سم2.

العوامل التي يتوقف عليها الضغط

يتأثر الضغط صعودًا، وهبوطًا، بعدة عوامل نوجزها في الآتي:

• القوّة: كلما زادت القوة المؤثرة على وحدة المساحة،كلما زاد الضغط، فالعلاقة بين القوة والضغط، هي علاقة طردية.

• المساحة: فكلما زادت المساحة، قلّ الضغط الواقع على وحدة المساحة منها، فالعلاقة بينهما علاقة عكسيّة.

• درجة الحرارة في ضغط الغازات: يتأثر ضغط الغاز بدرجة حرارته، فكلما زادت درجة حرارة الغاز، كلما زادت حركة جزيئاته، وبالتالي ارتفع معدل تصادمها، الذي بدوره يزيد من قوة ضغطه، فالعلاقة بين درجة حرارة الغاز وضغطه علاقة طرديّة. 

استخدامات الضغط في الحياة العمليّة

تعدّ معرفة الضغط شيء بالغ الأهمية في الحياة العمليّة، وذلك عند تصميم بعض المعدات، والادوات، أو الأجهزة المعتمدة على الضغط، ويمكن توضيح ذلك على النحو الآتي:

• صناعة الغوّاصات الحربية: تعتمد فكرة عمل الغواصة على العمل في أعماق الماء، وبالتالي لابد من تحديد الضغط، الذي يمكن أن يتحمله جسم الغواصة الواقع عليها، بما يعادل وزن عمود الماء، ابتداءً من سطح الماء حتى مكان تواجدها؛ وعليه يتم تحديد أقصى عمق لا يمكن تجاوزه، وإلا تعرضت للخطر.

• صناعة إطارات السيارات: يقع عبء وزن السيارة، على إطارات العجل الذي يحملها؛ وبالتالي لابد من تحديد مواصفات الإطارات بناء على قوة الضغط الذي تتحمله؛ وبالتالي يتمّ تحديد سقف وزن الحمولة للسيارة؛ لعدم تعريضها للخطر.

• صناعة الطائرات: يتم تصميم بدي (جسم) الطائرة، من خلال معرفة الضغط الجوي عند أقصى ارتفاع للطائرة؛ حتى يستطيع مقاومة الضغط مع السرعات الفائقة.

• وكذلك يستخدم الضغط في الطبّ، وعند صناعة أدوات الطهي التي تعمل بالضغط، وتحديد ارتفاعات الأبراج الشاهقة المعدّة للسكن، وتحديد الحدود القصوى لمتسلقي الجبال، وما إلى ذلك من التطبيقات العملية.

وبذلك تضح لنا أهمية الضغط، من خلال اتّساع مجالات استخدامه، في شتى مجالات الحياة.