பாய்மங்களில் அழுத்தம்

பாய்மங்களில் அழுத்தம்

திரவங்கள் மற்றும் வாயுக்கள் இரண்டும் பொதுவாக பாய்மங்கள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன. திடப்பொருள்களைப் போலவே பாய்மங்களுக்கும் எடை உண்டு. அதன் விளைவாக அவை அழுத்தத்தைக் கொண்டுள்ளன. ஒரு கொள்கலனில் நிரப்பப்படும் பாய்மமானது, அனைத்துத் திசைகளிலும், அனைத்துப் புள்ளிகளிலும் அழுத்தத்தை வெளிப்படுத்துகின்றது. பாய்மங்களில் உள்ள மூலக்கூறுகள் சீரற்ற மற்றும் வேகமான இயக்கத்தில் இருப்பதால், அனைத்துத் திசைகளிலும் சம அளவு நகரும் வாய்ப்பைப் பெற்றுள்ளன. இதனால், ஒரு பாய்மத்தினால் செலுத்தப்படும் அழுத்தமானது, ஒரு பொருளின் மீது அனைத்துத் திசைகளிலும் செயல்படுகிறது. இதனை படம் 3.2 ல் காணலாம்.

பாய்மங்களின் அழுத்தத்தை கீழ்க்கண்டவாறு கணக்கிடலாம்.

பாய்ம அழுத்தம் = பாய்மங்கள் ஏற்படுத்தும் மொத்த விசை / விசை செயல்படும் பரப்பளவு = F /A

நாம் முதலாவது திரவங்களால் ஏற்படும் அழுத்தத்தைப் பற்றிக் காண்போம். பின்னர், வாயுக்களினால் ஏற்படும் அழுத்தத்தைப் பற்றிக் காண்போம்.

1. திரவங்கள் ஏற்படுத்தும் அழுத்தம்

திரவங்களின் அழுத்தத்தினால், ஒரு திரவத்தில் மூழ்கியிருக்கும் பொருளின் மீதும், கொள்கலனின் சுவற்றின் மீதும் செயல்படும் விசையானது அவற்றின் மேற்பரப்பிற்குச் செங்குத்தாகவே செயல்படும். கொள்கலனின் அனைத்துத் திசைகளிலும் அழுத்தம் செயல்படுவதை படம் 3.3(அ) ல் காணலாம்.

காற்று நிரப்பப்பட்ட பலூன் ஒன்றினை நீரினுள் அழுத்தும் போது, அது உடனடியாக மேலெழும்பி, நீரின் மேல் மிதக்கும். இந்நிகழ்வு நீரில் (திரவங்களில்) மேல்நோக்கிய அழுத்தம் ஒன்று செயல்படுவதைக் குறிக்கிறது. இந்நிகழ்வை படம் 3.3(ஆ)ல் காணலாம்.

அதே போல், திரவங்களின் அழுத்தமானது பக்கவாட்டிலும் செயல்படுகிறது. பக்கவாட்டில் துளையிடப்பட்ட ஒரு பிளாஸ்டிக் பாட்டிலில் நீர் நிரப்பப்பட்டால், நீரானது துளைகளின் வழியே வெளியேறுவதை படம் 3.3(இ) ல் காணலாம். இதற்கு, திரவங்கள் கொள்கலனின் பக்கவாட்டுச் சுவர்களின் மீது ஏற்படுத்தும் அழுத்தம்தான் காரணமாகும்.

செயல்பாடு 2

ஒளி ஊடுருவும் பிளாஸ்டிக் குழாய் ஒன்றின் ஒரு முனையில் ரப்பர் பலூன் ஒன்றினை இறுக்கமாகக் கட்டவும். கட்டப்பட்ட முனை கீழ்நோக்கி இருக்குமாறு பிளாஸ்டிக் குழாயை செங்குத்தாகப் பிடித்து அதனுள் நீரை ஊற்றவும். என்ன நிகழ்கிறது? பிளாஸ்டிக் குழாயினுள் நீரை நிரப்பும் போது, கீழ் முனையில் கட்டப்பட்ட ரப்பர் பலூன் விரிவடைந்து வீக்கமடையும். இந்நிகழ்வு, குழாயில் உள்ள நீரானது, குழாயின் அடிப்பகுதியில் உள்ள ரப்பர் பலூனின் மீது அழுத்தத்தை ஏற்படுத்தும் என்பதைக் குறிக்கிறது.

2. திரவ அழுத்தத்தினை நிர்ணயிக்கும் காரணிகள்

 திரவங்களால் ஒரு புள்ளியில் செயல் படுத்தப்படும் அழுத்தமானது கீழ்கண்டவற்றால் நிர்ணயிக்கப்படுகிறது.

i) ஆழம் (h)

ii) திரவத்தின் அடர்த்தி (ρ)

 iii) புவியீர்ப்பு முடுக்கம் (g).

செயல்பாடு 3

பெரிய பிளாஸ்டிக் பாட்டில் ஒன்றை எடுத்துக் கொண்டு அதன் மீது செங்குத்தாக சில சென்டிமீட்டர்கள் இடைவெளி விட்டு ஆணியின் உதவியுடன் துளையிடவும். அதனுள் நீரை நிரப்பவும். நீர் வெளியேறுவதைப் பார்க்கும் போது மேலே உள்ள துளையிலிருந்து வரும் நீர் வழிவதையும், கீழே உள்ள துளைகளிலிருந்து வரும் நீர் வேகத்தோடு பீறிட்டு வருவதையும் காணலாம். நீரின் ஆழத்தில் அதிக அழுத்தம் இருப்பதுதான் இதற்கான காரணமாகும்.

கொடுக்கப்பட்ட செயல்பாட்டின் மூலம், ஆழம் அதிகரிக்கும் போது அழுத்தம் அதிகரிப்பதை உணரலாம். ஆனால், குறிப்பிட்ட ஆழத்தில் அழுத்தமானது திசையைப் பொறுத்து மாறாது.

செயல்பாடு 4

இரு பிளாஸ்டிக் கொள் கலன்களில் வேறுபட்ட அடர்த்தியைக் கொண்ட இரு திரவங்களை (உதாரணமாக நீர் மற்றும் சமையல் எண்ணெய்) ஒரே அளவில் எடுத்துக்கொள்ளவும். இரு கொள்கலன்களிலும் ஒரே சமையல் எண்ணெய் உயரத்தில் துளையிடவும். நீ என்ன காண்கிறாய்?

நீரானது சமையல் எண்ணையை விட அதிக வேகத்தில் பீறிட்டு வருவதைக் காணலாம். இந்நிகழ்வு, திரவத்தின் அழுத்தமானது அதன் அடர்த்தியைச் சார்ந்தது என்பதை உணர்த்துகிறது.

3. திரவத் தம்பத்தினால் ஏற்படும் அழுத்தம்

ஒரு உயரமான கொள்கலனில் திரவம் நிரப்பப்படுகிறது எனக்கொள்வோம். அது ஒரு திரவத்தம்பத்தை அதனுள் ஏற்படுத்தும். அதன் குறுக்கு வெட்டுப்பரப்பளவு 'A' என்க. திரவத்தின் அடர்த்தி 'ρ' மற்றும் திரவத்தம்பத்தின் உயரம் 'h' என்க. வேறுவிதமாகக்கூறினால், திரவத்தம்பத்தின் மேற்பரப்பில் இருந்து திரவத்தின் ஆழம் 'h' எனலாம். இதனை படம் 3.4 ல் காணலாம்.

திரவத்தம்பத்தின் அடிப்பகுதியிலுள்ள உந்துவிசை (F) = திரவத்தின் எடை என்பதை அறிவோம். ஆகையால்,

F = mg  (1)

திரவத்தின் நிறையானது திரவத்தின் பருமனை அதன் அடர்த்தியால் பெருக்கினால் கிடைக்கும்.

என, நிறை m = ρV   (2)

எனவே, திரவத்தின் பருமன்,

V = குறுக்குவெட்டுப் பரப்பளவு (A) × உயரம் (h) = Ah  (3)

சமன்பாடு 3 ஐ,2 ல் பிரதியிட,

நிறை , m = ρAh       (4)

 சமன்பாடு 4 ஐ,1ல் பிரதியிட, F = ρAhg

அழுத்தம் P = உந்துவிசை (F)/ பரப்பளவு (A) = mg/A =  ρAhg/A = ρhg.

எனவே, திரவத் தம்பத்தினால் ஏற்படும் அழுத்தம் P = hρg

கணக்கீடு 2

0.85 மீ திரவத்தம்ப உயரமுள்ள நீர் (அடர்த்தி, ρ_w = 1000 கிகி மீ^-3) மற்றும் அதே உயரமுள்ள மண்ணெண்ணைய் (அடர்த்தி, ρ_k = 800 கிகி மீ^-3) ஆகியவை செலுத்தும் அழுத்தத்தைக் கணக்கிடுக.

தீர்வு

நீரினால் ஏற்படும் அழுத்தம் = h ρ_w g

= 0.85மீ × 1000கிகிமீ^-3 × 10மீவி^-2 = 8500 பாஸ்கல்

மண்ணெண்ணையினால் ஏற்படும் அழுத்தம் = hρ_k g

= 0.85மீ × 800 கிகிமீ^-3  × 10மீவி^-2 = 6800 பாஸ்கல்

இதன் மூலம் ஒரு திரவத் தம்பத்திலுள்ள அழுத்தமானது, அத்திரவத் தம்பத்தின் ஆழம், அடர்த்தி மற்றும் புவியீர்ப்பு விசை ஆகியவற்றால் நிர்ணயிக்கப்படுகிறது என்பதை அறிய முடியும். ஆனால், இங்கு திரவத்தின் பரப்பளவு என்பது இடம் பெறவில்லை , எனவே, குறிப்பிட்ட ஆழத்தில் திரவத்தின் அழுத்தமானது, அந்தத் திரவத்தினைக் கொண்டுள்ள கொள்கலனின் வடிவத்தையோ அல்லது அதிலுள்ள திரவத்தின் அளவையோ பொறுத்ததல்ல. அது ஆழத்தை மட்டுமே பொறுத்தது.