‫فصل دوم‪:‬‬
‫حالتهای ماده‪ ،‬عبارتند از‪ :‬جامد‪ -‬مایع‪ -‬گاز‪ -‬پالسما‬
‫جامد‪ :‬جسم جامد حجم و شکل معینی دارد‪ .‬ذرات جسم جامد به سبب نیروهای الکتریکی که به یکدیگر وارد میکنند‪ ،‬در‬
‫کنار یکدیگر میمانند و فقط میتوانند در جای خود نوسانهای کوچکی داشته باشند (گویی یک فنر نامرئی بین هر دو اتم‬
‫وجود دارد که مانع از حرکت اتمها میشود و فقط آنها میتوانند کمی نوسان داشته باشند‪).‬‬
‫انواع جامدها‪:‬‬
‫جامد بلورین‪ :‬اگر اتمهای فلز جامد بهصورت منظم کنار هم قرار گیرند و یک الگوی سه بعدی منظمی را به وجود آورند‪ ،‬به‬
‫این جامد‪ ،‬جامد بلورین میگویند‪ .‬مانند‪ :‬فلزها‪ ،‬نمکها‪ ،‬الماس‪ ،‬یخ و بیشتر مواد معدنی‪ .‬این حالت بیشتر زمانی اتفاق میافتد‬
‫که تغییر حالت ماده از مایع به جامد به آرامی رخ دهد و جسم زمان کافی برای تشکیل الگوهای منظم داشته باشد‪ .‬شکل الف‬
‫‪ 3-2‬کتاب درسی‪.‬‬
‫آمورفها (جامد بیشکل)‪ :‬برخالف جامدهای بلورین در طرحهای منظمی قرار ندارد و معموالً زمانیکه مایع به تندی به جامد‬
‫تبدیل شود‪ ،‬بهوجود میآیند (ذرات فرصت تشکیل طرحهای منظم را ندارند‪ ).‬مانند‪ :‬شیشه و قیر‪ .‬شکل ب ‪ 3-2‬کتاب درسی‪.‬‬
‫تذکر‪ :‬حالتهای ماده را گاهی فاز ماده میگویند و تغییر حالتهای ماده را اصطالحاً تغییر فاز یا گذار فاز میگویند‪( .‬منظور از‬
‫گذار فاز تغییر از یک حالت به حالت دیگر است مثالً از جامد به مایع‪).‬‬
‫مایع‪ :‬مایعها شکل مشخصی ندارند‪ ،‬اما حجم ثابت و معینی دارند‪ .‬ذرات سازنده در مایع بهصورت نامنظم و نزدیک به یکدیگر‬
‫قرار دارند و میتوانند به سهولت بر روی یکدیگر بلغزند‪.‬‬
‫گاز‪ :‬گازها نه شکل مشخص و نه حجم مشخصی دارند و تقریباً ذرات گاز تمام فضای ظرف خود را اشغال میکنند‪ ،‬نیروهای‬
‫بین ذرات در گازها بسیار کم است‪.‬‬
‫نکته‪:‬‬
‫‪ -1‬فاصلهی ذرات در حالتهای مایع و گاز در حدود ‪( 11-11m‬یک انگستروم‪ )1 Å :‬میباشد‪ .‬اما در گازها این فاصله‬
‫میتواند تا چند ده برابر مایعها باشد‪.‬‬
‫‪ -2‬تندی ذرات گاز بسیار زیاد است‪ .‬مثالً ذرات هوا در دمای اتاق تا حدود ‪ 011 m/s‬سرعت دارند!‬
‫حرکت کاتورهای یا براونی‪:‬‬
‫ذرات مایع یا گاز دارای نوعی حرکت زیگزاگی هستند و علت این حرکت برخورد آنها به یکدیگر میباشد‪.‬‬
‫مثالً‪ :‬مسیر حرکت یک ذره مانند روبهرو است‪ .‬برخورد ذره با دیگر‬
‫ذرات مایع باعث تغییر جهت حرکت آن شده است‪.‬‬
‫‪1‬‬
‫پالسما‪ :‬پالسما را اصطالحاً حالت چهارم ماده می نامند‪ .‬اگر گازی تا دمای خیلی زیاد گرم شود‪ ،‬یک یا چند الکترون از هر اتم‬
‫آزاد میشود‪ .‬این مادهی یونیده اصطالحاً پالسما نامیده میشود‪ .‬پالسماها بهدلیل داشتن یون قابلیت رسانایی دارند‪.‬‬
‫درون خورشید و دیگر ستارگان‪ -‬آذرخشها و شعلههای آتش نمونههایی از پالسماهای طبیعی هستند‪ .‬همچنین راکتورهای‬
‫گداخت هستهای و انفجارهای هستهای‪ ،‬نمایشگرهای تخت و المپهای مهتابی هم نمونههای مصنوعی این ماده هستند‪.‬‬
‫پالسماها در جوشکاری‪ ،‬صنعت و پزشکی کاربرد فراوانی دارند‪.‬‬
‫ویژگیهای فیزیکی مواد در مقیاس نانو‪:‬‬
‫همانطور که میدانید‪ 1‬نانومتر برابر است با ‪ .11-9 m‬در این ابعاد برخی ویژگیهای مواد‪ ،‬تغییرات بسیاری میکند‪ .‬مثالً‬
‫دمای ذوب طال حدود ‪ 1101‬درجه است‪ ،‬اما اگر ضخامت یک ورق طال درحدود نانومتر باشد (دقت کنید نیاز نیست ابعاد ماده‬
‫در هر سه بعد درحدود نانومتر باشد‪ ،‬بلکه در یک بعد هم کافی است‪ ).‬دمای ذوب آن تا ‪ 124‬درجه کاهش مییابد‪ .‬بهطور کلی‬
‫در این محدوده ویژگیهای مثل‪ :‬دمای ذوب‪ ،‬رسانندگی الکتریکی و گرمایی‪ ،‬شفافیت‪ ،‬استحکام‪ ،‬رنگ و ‪ ...‬دچار تغییر میشوند‬
‫و این تغییر در هر سه حالت جامد‪ ،‬مایع و گاز امکانپذیر است‪.‬‬
‫به عنوان مثالی دیگر آلومینیوم اکسید در حالت کلی نارسانا است اما اگر ضخامت آن درحدود نانو باشد‪ ،‬رسانای الکتریکی می‪-‬‬
‫شود‪.‬‬
‫تذکر‪ :‬در نانو تکنولوژی محدودهی نانو بین ‪ 1‬تا ‪ 111‬نانومتر میباشد‪.‬‬
‫نیروهای بین مولکولی‪:‬‬
‫همچسبی‪ :‬به نیروی بین مولکولهای یک مایع نیروی همچسبی میگویند‪.‬‬
‫این نیرو‪ ،‬کوتاهبرد است‪ ،‬یعنی اگر فاصلهی بین مولکولها چند برابر فاصله بین مولکولی حالت طبیعی مایع شود‪ ،‬عمالً اندازهی‬
‫این نیرو صفر میشود‪.‬‬
‫وقتی ذرات مایع را کمی از هم دور کنیم‪ ،‬این نیرو باعث به وجود آمدن یک نیروی جاذبه میشود و اگر بخواهیم مایع را بیش‬
‫از حد به هم نزدیک کنیم‪ ،‬این نیرو باعث ایجاد یک نیروی دافعه میشود (برای همین مایعها تراکمپذیر نیستند!)‬
‫این نیروی جاذبه در قطرهی آب آویزان از یک برگ درخت دیده میشود‪.‬‬
‫مثالً اگر یک شیشه ی شکسته گرم شود تا به حالت مذاب درآید‪ ،‬ذرات شیشه میتوانند مجدداً به هم چسبیده شوند (اما به‪-‬‬
‫دلیل کوتاهبرد بودن در حالت جامد این چسبندگی اتفاق نمیافتد‪ ،‬ذرات به اندازه کافی به هم نزدیک نمیشوند)‪.‬‬
‫کشش سطحی‪:‬‬
‫بهدلیل نیروهای ربایشی که مولکولهای سطح یک مایع به همدیگر وارد میکنند‪ ،‬سطح مایع شبیه یک پوستهی تحت کشش‬
‫رفتار میکند‪ .‬بههمین دلیل است که برخی اجسام سبک روی آب میمانند (حشرهها یا گیرهی کاغذی)‪ .‬همچنین این نیرو‬
‫باعث میشود که قطرات آب بهصورت کروی شکل سقوط کنند (زیرا در حالت کروی کمترین مساحت را دارند)‪.‬‬
‫دگرچسبی‪:‬‬
‫بین مولکولهای یک مایع و سطحی که روی آن (یا ظرفی که درون آن مایع وجود دارد) یک نیروی جاذبهای وجود دارد که به‬
‫این نیرو‪ ،‬نیروی دگرچسبی میگویند‪.‬‬
‫‪2‬‬
‫در حالت کلی اگر دو ماده مختلف در تماس با یکدیگر قرار بگیرند‪ ،‬این نیرو به وجود میآید‪ .‬اما زمانی اثر این نیرو بیشتر به‬
‫چشم میآید که یکی از این دو ماده مایع باشد‪.‬‬
‫ترشوندگی‪:‬‬
‫اگر نیروی دگرچسبی بین یک مایع و سطح آن بیشتر از نیروی همچسبی خود مایع باشد‪ ،‬در اینصورت مایع سطح جسم را تر‬
‫میکند‪ .‬مثالً آب سطح شیشهی تمیز را تر (خیس) میکند‪ ،‬اما اگر نیروی همچسبی ذرات مایع بیشتر باشد‪ ،‬مایع جامد را تر‬
‫نمیکند‪ .‬مانند قطرات روغن یا جیوه روی سطح شیشه‪.‬‬
‫نکته‪:‬‬
‫‪-1‬‬
‫‪-2‬‬
‫‪-3‬‬
‫‪-1‬‬
‫افزایش دما باعث کاهش نیروهای همچسبی و دگرچسبی میشود (روغن داغ‪ ،‬قطرات کوچکتری تشکیل میدهند‪-‬‬
‫همچنین در شستن ظروف با آب گرم‪ ،‬گرما باعث کاهش نیروی بین قطرات روغن و ظرف میشود)‪.‬‬
‫اگر بین مایع و سطح یک الیه ی دیگر مثل دوده وجود داشته باشد‪ ،‬قطرات مایع به جای چسبیدن به سطح به این‬
‫الیه خواهند چسبید (دگرچسبی کاهش مییابد)‪.‬‬
‫چرب بودن سطح جسم هم باعث کاهش نیروی دگرچسبی میشود‪ ،‬مثالً قطرات آب نمیتوانند سطح شیشهی چرب‬
‫شده را تر کنند!‬
‫حل شدن مواد شوینده در آب باعث کاهش همچسبی ذرات آب میشود و اگر این کاهش بیشتر از مقدار نیروی‬
‫دگرچسبی باشد‪ ،‬ممکن است آب سطح جسم چرب را هم تر کند! (نیروی دگرچسبی بیشتر از نیروی همچسبی‬
‫مخلوط آب و صابون (مواد شوینده) خواهد شد)‪.‬‬
‫اثر مویینگی‪:‬‬
‫اگر قطر یک لولهی شیشهای در حدود ‪ 1/1 mm‬باشد به آن لولهی مویین (به معنای مو مانند) میگویند‪ .‬در لولههای مویین‬
‫نیروهای همچسبی و دگرچسبی اثر قابل مالحظهای دارند و اگر این لولههای در یک مایعی قرار بگیرند‪ ،‬حالتهای زیر اتفاق‬
‫خواهد افتاد‪:‬‬
‫‪ -1‬اگر نیروی دگرچسبی بین سطح لوله و مایع درون آن بیشتر از نیروی همچسبی خود مایع باشد‪ ،‬سطح مایع درون‬
‫لوله باالتر از سطح ظرف قرار گرفته و بهصورت مقعر خواهد بود‪.‬‬
‫مانند‪ :‬لولهی مویین شیشهای در آب‪.‬‬
‫آب و لولهی مویین شیشهای تمیز‬
‫‪ -2‬اگر نیروی دگرچسبی کمتر از نیروی همچسبی مایع باشد‪ ،‬سطح مایع درون لوله مویین پایینتر از سطح مایع درون‬
‫ظرف خواهد بود و شکل محدب خواهد داشت‪.‬‬
‫مانند‪ :‬جیوه و لولهی مویین شیشهای‪.‬‬
‫جیوه و لولهی شیشهای تمیز‬
‫‪3‬‬
‫‪-1‬‬
‫‪-2‬‬
‫‪-3‬‬
‫‪-1‬‬
‫نکته‪:‬‬
‫باالی لولهی مویین باز است و هوای آزاد وجود دارد‪.‬‬
‫هرچه لوله نازکتر باشد‪ ،‬اختالف ارتفاع بین سطح لوله و سطح مایع در ظرف بیشتر خواهد شد‪.‬‬
‫اگر به جای لولهی مویین یک لولهی معمولی (مثالً با قطر ‪ )1/0 cm‬استفاده کنیم‪ ،‬سطح مایع درون لوله هم سطح‬
‫مایع درون ظرف خواهد بود (چون اثرات نیروهای دگرچسبی و همچسبی ناچیز است)‪.‬‬
‫در لولههای معمولی هم اثرات نیروهای دگرچسبی و همچسبی وجود دارد‪ ،‬اما اثر این نیروها فقط در سطح خود‬
‫مایع قابل مشاهده است‪ .‬بهصورت زیر‪:‬‬
‫الف) اگر نیروی دگرچسبی بیشتر از نیروی همچسبی مایع باشد‪ ،‬سطح‬
‫مایع درون لولهی معمولی به شکل مقعر خواهد بود‪.‬‬
‫ب) اگر نیروی دگرچسبی کمتر از نیروی همچسبی باشد‪ ،‬سطح مایع به‬
‫شکل محدب خواهد بود‪.‬‬
‫‪ -0‬اختالف بین ارتفاعهای سطح مایع و سطح لوله به علت اختالف نیروهای دگرچسبی و همچسبی میباشد و این نیرو‬
‫برابر وزن مایع درون لوله مویین خواهد بود‪( .‬این محاسبات را میتوان انجام داد‪ ،‬اما در محدودهی تدریس کتاب‬
‫نیست)‪.‬‬
‫فشار در شارهها‬
‫در حالت کلی فشار از رابطهی زیر بدست میآید‪.‬‬
‫که‬
‫نیروی وارد شده و‬
‫سطح تماس جسم است (بر حسب متر مربع)‬
‫فشار کمیتی بدون بعد است و یکای آن ‪( Pa‬پاسکال) است البته گاهی از یکاهای ‪ atm‬اتمسفر و یا بار و ‪ ...‬هم استفاده می‪-‬‬
‫شود‪.‬‬
‫فشار در یک ظرف کامالً بسته‬
‫اگر ظرف مقابل کامالً بسته باشد و بخواهیم فشار مایع را در نقطه ‪ A‬بدست آوریم فشار در‬
‫نقطۀ ‪ B‬برابر نیرویی است که به این نقطه وارد میشود و این فشار در تمام جهات ها یکسان‬
‫است‪.‬‬
‫‪4‬‬
‫‪A‬‬
‫‪h‬‬
‫‪B‬‬
‫در اینجا منظور از ‪ m‬جرم آن بخشی از مایع است که باالتر از نقطۀ ‪ B‬قرار دارد بنابراین طبق رابطۀ فوق فشار در مایعات به‬
‫شکل ظرف و یا سطح مقطع ظرف بستگی نداشته و فقط و فقط به ارتفاع (‪ )h‬بستگی دارد‪.‬‬
‫فشار در مایعات با سطح باز‪:‬‬
‫‪𝑃0‬‬
‫اگر سطح مایع با هوای آزاد در ارتباط باشد برای بدست آوردن فشار در نقطۀ ‪ B‬عالوه بر فشار ناشی از‬
‫خود مایع فشار هوای آزاد را هم میبایست در نظر گرفت‪ .‬این فشار طبق تعریف با ‪ 1‬نشان داده میشود‪.‬‬
‫‪B‬‬
‫‪1‬‬
‫‪110‬‬
‫مقدار ‪ 1‬در کنار آبهای آزاد برابر‬
‫و شتاب گرانشی مقدار ‪ 1‬هم کاهش مییابد)‬
‫‪ 1 11‬میباشد‪( .‬با افزایش ارتفاع از سطح آبهای آزاد به علت کاهش چگالی‬
‫نکات مهم‬
‫‪-1‬از آنجا که فشار در شارهها فقط به ارتفاع مایع بستگی دارد پس اگر مایعی در حال تعادل باشد نقاط همتراز دارای فشار‬
‫برابر خواهند بود‪.‬‬
‫مثال‪ :‬اگر در یک لوله ‪ U‬شکل مانند مقابل‪،‬‬
‫در سمت راست آب و در سمت چپ جیوه وجود داشته باشد‪،‬‬
‫‪1‬‬
‫اختالف ارتفاع سطح دو مایع را بدست آورید‪.‬‬
‫)‬
‫‪1111‬‬
‫‪3‬‬
‫‪3‬‬
‫‪13011‬‬
‫‪1‬‬
‫(‬
‫‪c‬‬
‫جیوه‬
‫آب‬
‫‪A‬‬
‫‪B‬‬
‫نقاط همارتفاع دارای فشار برابر هستند پس ‪:‬‬
‫‪1‬‬
‫‪1‬‬
‫‪1‬‬
‫‪1‬‬
‫‪13011‬‬
‫‪3‬‬
‫‪1 129‬‬
‫‪11‬‬
‫‪1111‬‬
‫‪111‬‬
‫‪13011‬‬
‫فشارسنج هوا‪( :‬برای اندازهگیری فشار هوا در ارتفاعهای مختلف)‬
‫اگر یک لوله ی آزمایش نسبتاً بزرگ (به طول یک متر) را کامالً پر از جیوه‬
‫فشار‬
‫صفر‬
‫‪40cm‬‬
‫‪B‬‬
‫کرده و آن را درون یک ظرف جیوه بصورت وارونه قرار دهیم‬
‫‪5‬‬
‫‪A‬‬
‫آنگاه مطابق شکل مقابل و روابط فشار خواهیم داشت ‪( :‬اگر این آزمایش در کنار آبهای آزاد انجام شود)‪ ،‬چون نقاط ‪ A‬و ‪B‬‬
‫هم ترازند ‪:‬‬
‫‪1‬‬
‫‪1‬‬
‫‪11‬‬
‫‪40‬‬
‫‪1‬‬
‫‪13011‬‬
‫‪110‬‬
‫‪1 11‬‬
‫بنابراین جیوه در لولهی آزمایش ارتفاعی برابر ‪ 40‬سانتی متر خواهد داشت‪.‬‬
‫حال از این دستگاه ساده میتوان برای اندازهگیری فشار هوا در نقاط مختلف استفاده کرد‪.‬‬
‫مثال‪:1‬‬
‫اگر یک بارومتر جیوه را به باالی یک کوه برده و مشاهده کنیم که جیوه در آنجا ارتفاعی حدود ‪ 41‬سانتی متر دارد فشارهوا‬
‫باالی کوه چقدر است؟‬
‫‪3‬‬
‫‪13011‬‬
‫کوه‬
‫‪110‬‬
‫‪19‬‬
‫‪11‬‬
‫‪14‬‬
‫‪13011‬‬
‫کوه‬
‫مثال ‪:2‬‬
‫اگر در کنار آب های آزاد به جای جیوه از آب در فشارسنج بارومتر استفاده شود ارتفاع ستون آب را بدست آورید‪( .‬‬
‫‪3‬‬
‫‪1111‬‬
‫و‬
‫‪110‬‬
‫‪1 11‬‬
‫‪11‬‬
‫‪1‬‬
‫)‬
‫‪1111‬‬
‫‪11 11‬‬
‫‪110‬‬
‫‪1 111‬‬
‫‪1‬‬
‫‪1 111 110‬‬
‫‪111‬‬
‫تذکر‪ :‬این آزمایش توسط توریچلی مطرح و بیان شده است و لذا به فشارسنج توریچلی معروف است‪.‬‬
‫فشار سنج شاره ها‪( :‬مانومتر)‬
‫برای اندازه گیری فشار در شاره های محبوس‬
‫از فشارسنج روبرو استفاده می کنیم‪.‬‬
‫فشار گاز یا شاره محبوس در مخزن باعث حرکت مایع درون لوله ‪ U‬شکل میشود‪ ،‬فشار‬
‫گاز مخزن همان فشار در نقطه ‪ A‬می باشد و نقطه ‪ B‬هم با نقطه ‪ A‬هم فشار است چون در یک تراز هستند بنابراین فشار در‬
‫نقطه ‪ B‬همان فشار مخزن است‪.‬‬
‫چند نکته‬
‫‪6‬‬
‫‪:1‬‬
‫چگالی مایعی است که درون لوله آزمایش قرار دارد‬
‫و نه چگالی گاز محبوس در مخزن ( گاهی در مسائل هر دو چگالی بیان میشود !)‬
‫‪:2‬اگر فشار گاز مخزن کمتر از فشار هوای بیرون باشد‬
‫شکل مایع درون لوله به صورت مقابل خواهد بود‬
‫در این حالت‬
‫‪p-p.= -‬‬
‫را می بایست منفی در نظر گرفت‪:‬‬
‫‪ :3‬را فشار مطلق و‪ p-p.‬را فشار پیمانه می نامند یعنی اگر در مسائل از شما فشار پیمانه ای درخواست شود شما می‬
‫=‪ p-p.‬را محاسبه نمایید (مثال در فشار سنج ها‪ ،‬فشار خون و فشار باد الستیک به صورت پیمانهای بیان‬
‫بایست تنها‬
‫میشود‪).‬‬
‫‪ -1‬فشار هوا در سطح آبهای آزاد با اتمسفر بیان می شود و این فشار معادل یک‪ atm‬می باشد و برای یکاهای مختلف داریم‬
‫‪401‬‬
‫‪0‬‬
‫‪1atm=1011 11‬‬
‫‪-0‬اگر دو مایع مخلوط نشدنی را در یک لوله استوانه ای بریزیم ‪،‬‬
‫آنگاه مطابق شکل خواهیم داشت‪:‬‬
‫دقت کنید که مایع چگال تر پایین تر از مایع دیگر قرار خواهد گرفت‪.‬‬
‫‪ -0‬تا ارتفاع دو کیلومتری به ازای هر ‪ 11‬متر فشار هوا تقریبا ‪ 1‬میلی متر جیوه )‪(1mmhg‬کاهش مییابد یعنی مثالً در‬
‫ارتفاع ‪ 1111‬متری ستون جیوه تقریباً ‪ 00‬سانتی متر خواهد شد‪.‬‬
‫( البته این مقدار هنوز خیلی دقیق نیست!)‬
‫شناوری و اصل ارشمیدس‪:‬‬
‫اگر جسمی درون شاره ای قرار بگیرد به علت آنکه‬
‫فشار در اعماق پایین تر بیشتر است برآیند نیرو های وارد شده به جسم‬
‫در راستای افق صفر می شود اما در راستای قائم به سمت باال خواهد بود (به اندازه‬
‫فلش ها( نیروی وارد شده به جسم) در ارتفاع های مختلف در شکل دقت کنید) بنابراین هر جسمی که درون شاره ای قرار‬
‫بگیرد از طرف شاره یک نیروی رو به باال به آن وارد می شود‪.‬‬
‫اندازه این نیرو دقیقاً برابر است با وزن شاره جابجا شده توسط جسم‬
‫‪7‬‬
‫این نیرو را با‬
‫نشان می دهند‪.‬‬
‫تعریف اصل ارشمیدس‪:‬‬
‫اگر کل یا قسمتی از یک جسم در شاره فرود از طرف شاره نیرویی برابر با وزن شاره ی جابجا شده توسط جسم به خود جسم‬
‫و در جهت باال وارد می شود‪.‬‬
‫مثال بسیار مهم‪:‬‬
‫اگر مطابق شکل فوق جسم ‪ A‬را به نیرو سنج بسته و آن را درون ظرف‬
‫آب نماییم از طرف آب یک نیروی رو به باال به جسم وارد می شود‬
‫بنابراین نیروسنج عدد کمتری را نشان خواهد داد اما عکسالعمل این‬
‫نیرو رو به پایین و به سمت ترازوی اول خواهد بود لذا ترازوی اول عدد‬
‫بزرگتری را نشان خواهد داد (فرض کنید مسیر ورودی آب به لولهی‬
‫رابط در این حالت بسته است)‬
‫حال اگر در لحظهی وارد شدن جسم به آب دقیقاً هممرز با سطح آب یک لولهی رابط و یک ظرف خالی در کنار ظرف آب‬
‫داشته باشیم وزن مقدار آبی که توسط جسم از لولهی رابط وارد ظرف خالی میشود دقیقاً برابر مقدار نیرویی است که از‬
‫نیروسنج کم میشود‪.‬‬
‫برای یک جسم درون یک شاره سه حالت مختلف ممکن است روی دهد‪:‬‬
‫‪ -1‬اگر چگالی جسم از چگالی شاره کمتر باشد ‪ :‬الف) اگر جسم روی شاره قرار داشته باشد شناور میماند و تنها آن قسمتی از‬
‫جسم درون شاره فرو میرود که وزن شارهی جابهجا شده توسط جسم با وزن خود جسم برابر شود در این حالت نیروی‬
‫شناوری برابر با نیروی وزن جسم خواهد بود‬
‫ب) اگر جسم درون شاره باشد به سمت باال حرکت میکند و تا شناوری مانند حالت الف تغییر وضعیت میدهد در این حالت‬
‫نیروی شناوری بیشتر از نیروی وزن جسم خواهد بود و به همین دلیل جسم به باال حرکت میکند‪.‬‬
‫‪ -2‬اگر چگالی جسم بیشتر از چگالی شاره باشد و اگر شکل جسم به نحوی باشد که وزن مقدار آب جابهجا شده توسط جسم‬
‫در غیر این صورت باز هم جسم شناور میماند‪.‬‬
‫کمتر از وزن جسم باشد جسم به درون شاره فرو میرود‬
‫‪ -3‬اگر چگالی جسم و شاره برابر باشد و مقدار آب جابه جا شده توسط جسم با وزن آن برابر باشد جسم در هر ارتفاعی از عمق‬
‫مایع رها شده در همان جا باقی میماند به این حالت اصطالحاً غوطهوری میگویند‪.‬‬
‫مثال از حالت دوم‪:‬‬
‫جسم ‪ A‬و جسم ‪ B‬هر دو از فوالد هستند و جرم برابر دارند‪ .‬چرا جسم ‪ A‬غرق‬
‫نمیشود؟ ولی جسم ‪ B‬غرق میشود؟‬
‫‪8‬‬
‫چون چگالی فوالد بیشتر از چگالی آب است (حدوداً ‪ 8‬برابر) پس در حالت کلی میبایست غرق شود اما اگر شکل جسم به‬
‫شده در نتیجه جسم‬
‫نحوی باشد که وزن مقدار آبی که توسط جسم جابهجا شود از وزن خود جسم بیشتر شود‬
‫غوطهور میماند‪( .‬این موضوع اساس کار کشتیهاست!)‬
‫شاره در حرکت و اصل برنولی‪:‬‬
‫تعریف شارهی آرمانی‪ :‬شارهی آرمانی شارهای است که‪:‬‬
‫‪ -1‬تراکم ناپذیر باشد‪ -2 .‬اصطکاک داخلی نداشته باشد‪.‬‬
‫اصل برنولی‪ :‬در مسیر حرکت یک شاره با افزایش تندی شاره (سرعت آن)‪ ،‬فشار آن کمتر میشود‪.‬‬
‫کاربردهای اصلی برنولی‪:‬‬
‫‪ -1‬در حرکت هواپیماها شکل بال به نحوی طراحی میشود که جریان هوا از روی بال عبور کند با سرعت گرفتن هواپیما فشار‬
‫روی بالها کمتر از فشار زیر بالها شده و کمک به کنده شدن هواپیما از سطح زمین میکند‪.‬‬
‫‪ -2‬در اسپریها (افشانه ها) با فشار دادن سطح باالیی آن جریان هوا به سرعت خارج شده و این امر سبب باال آمدن مایع از‬
‫درون مخزن به بیرون آن میشود‪.‬‬
‫آهنگ جریان شاره‪:‬‬
‫به مقدار حجمی از شاره که در زمان مشخصی‬
‫از سطح مقطع لوله عبور میکند آهنگ جریان شاره میگویند‪:‬‬
‫حجم عبوری‬
‫آهنگ جریان شاره‬
‫( برابر است با سرعت شاره که با‬
‫زمان‬
‫نشان داده میشود‪).‬‬
‫‪3‬‬
‫چگالی آهنگ جریان شاره برابر است با‬
‫معادلهی پیوستگی‪:‬‬
‫از آنجا که آهنگ جریان شاره برای تمام مقطع های مختلف لوله یکسان است (یعنی مثالً در شکل فوق در یک زمان ثابت هر‬
‫چقدر آب از سمت چپ وارد شود همان مقدار آب از سمت راست خارج میشود پس‬
‫‪2 2‬‬
‫‪1 1‬‬
‫و یا‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫میتوان به جای ‪ A‬از شعاع لوله استفاده کرد از آنجا که‬
‫‪2‬‬
‫بنابراین‪:‬‬
‫‪1 2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫مثال‪:‬‬
‫‪9‬‬
‫اگر در یک شیلنگ آتشنشانی قطر لولهی ورودی ‪ 2‬برابر قطر لولهی خروجی باشد اگر پمپ مخزن‪ ،‬آب را با سرعت ‪ 11‬متر بر‬
‫ثانیه پمپاژ کند سرعت آب هنگام خروج چقدر خواهد بود؟‬
‫‪11‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪11 ⁄‬‬
‫‪11‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪11‬‬
‫‪2 2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪11‬‬
‫‪1 2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬