दबाव: गहराई से संबंधित तरल में दबाव कैसे होता है? (आरेख के साथ समझाया गया)
आपने 'दबाव' शब्द को बातचीत में इस्तेमाल होते हुए सुना होगा। वास्तव में दबाव क्या है? यह बल से कैसे संबंधित है? निम्नलिखित गतिविधियाँ आपको इसे समझने में मदद करेंगी।
चाकू के कुंद किनारे के साथ एक सेब को काटने की कोशिश करें। आप जितने भी बल प्रयोग कर सकते हैं। यह आसान है? अब इसे तेज धार से काटें। ध्यान दें कि यह कितना आसान है, या तथ्य यह है कि आपको बहुत कम बल का उपयोग करना होगा। एक कुंद आम पिन ढूंढें और इसके साथ कागज के एक शेफ (6 या 7 शीट) को छेदने की कोशिश करें। फिर एक ही बात करने के लिए एक तेज बिंदु के साथ एक पिन का उपयोग करें। कौन सा आसान है?
अपनी पेंसिल के कुंद सिरे को अपनी हथेली पर दबाएं। अब अपनी हथेली पर तेज बिंदु को दबाने के लिए उसी बल का उपयोग करें। कौन सा दर्द अधिक होता है?
एक कुंद पिन की तुलना में तेज पिन के साथ कागज के एक शेफ को छेदना क्यों आसान है? शार्प पिन की नोक के पास ब्लंट पिन की तुलना में बहुत छोटा क्षेत्र होता है। मान लीजिए कि तेज नोक का क्षेत्र ए और कुंद टिप 10 ए है। आपके द्वारा लागू बल (एफ) तेज टिप के छोटे क्षेत्र पर केंद्रित है, जबकि यह ब्लंट टिप के बड़े क्षेत्र में विभाजित हो जाता है। तेज टिप के तहत कागज पर कार्य करने वाला प्रति यूनिट क्षेत्र F / a है, जबकि कुंद टिप के नीचे F / (10a) है। चूंकि एफ / ए एफ / (10 ए) की तुलना में दस गुना अधिक है, इसलिए तेज पिन अधिक आसानी से कागज के शीफ से गुजरता है।
एफ / ए, या प्रति यूनिट क्षेत्र के बल की मात्रा को दबाव कहा जाता है।
दाब = बल / क्षेत्र
दबाव की SI इकाई न्यूटन का प्रति वर्ग मीटर (N / m 2 ) है:
इस प्रकार, यदि 10 N का बल 1 m 2 के क्षेत्र पर कार्य करता है, तो दबाव 10 N / m 2 होगा ।
हर दिन के उदाहरण :
तो, अब आप जानते हैं कि ब्लेड, कुल्हाड़ियों और चाकू जैसे उपकरणों के काटने के किनारों को तेज क्यों बनाया गया है और पिन और सुइयों में तेज बिंदु क्यों हैं। हालांकि, जिस तरह कुछ स्थितियों में दबाव बढ़ाना वांछनीय है, उसी तरह दूसरों में इसे कम करना आवश्यक है। सोचिए अगर स्टिल्टोस पहने किसी ने रेत या बर्फ पर चलने की कोशिश की तो क्या होगा। एक छोटे से क्षेत्र पर अभिनय करने वाले पूरे शरीर का वजन एक उच्च दबाव को जन्म देता है, जिससे पैर रेत या बर्फ में डूब जाता है।
यही कारण है कि स्की लंबे और सपाट होते हैं - जिस क्षेत्र में शरीर का वजन बढ़ जाता है, वह दबाव को कम करता है, जिससे स्कीयर बर्फ से फिसल जाता है। इसी तरह, यह तथ्य कि ऊंटों के पैर बड़े होते हैं, उन्हें रेत पर चलने में मदद मिलती है। क्या आप अनुमान लगा सकते हैं कि पत्थरों या बजरी के ऊपर चलने में दर्द क्यों होता है और पोर्टर्स अपने सिर पर कपड़े का एक रोल क्यों रखते हैं?
तरल पदार्थ द्वारा दबाव डाला गया:
आपने पढ़ा है कि किसी पिंड का भार वह बल है जिसके साथ पृथ्वी उसे आकर्षित करती है। एक तरल में द्रव्यमान भी होता है और गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा आकर्षित होता है। यह भार, या बल, तरल रखने वाले कंटेनर के आधार पर नीचे की ओर कार्य करता है। तो कंटेनर के आधार पर लगाया गया दबाव आधार के क्षेत्र द्वारा विभाजित तरल का वजन है। निम्नलिखित गतिविधि आपको एक तरल द्वारा लगाए गए दबाव का बेहतर विचार देगी।
एक प्लास्टिक की बोतल (या जार) के नीचे चार छेद पियर्स। छिद्रों पर चिपकने वाली टेप की एक पट्टी चिपकाएं और बोतल (या जार) को पानी से भरें। बोतल को मेज के किनारे पर रखें, उसके नीचे फर्श पर एक बर्तन के साथ। टेप से छीलें और बोतल (या जार) से निकलने वाले पानी के चार जेट का निरीक्षण करें। सबसे कम छिद्र वाला जेट सबसे दूर की यात्रा करेगा। यदि आप एक ही ऊंचाई पर चार छेद बनाते हैं, तो चार जेट कंटेनर से समान दूरी की यात्रा करेंगे।
सबसे निचले छिद्र से पानी का जेट सबसे दूर की यात्रा करता है क्योंकि पानी के स्तंभ द्वारा डाला गया दबाव इस बिंदु पर सबसे अधिक है। चार जेट द्वारा यात्रा की गई दूरी से, आपको यह अनुमान लगाने में सक्षम होना चाहिए कि गहराई से बढ़ने पर पानी से दबाव बढ़ता है।
यदि आप कल्पना कर सकते हैं कि बोतल के चार स्तरों पर झूठे आधार हैं, A, B, C और D (आधार A सबसे ऊँचा है), तो आपको एहसास होगा कि आधार A पर कार्य करने वाले पानी का वजन आधार पर अभिनय करने से बहुत कम है बी, और इतने पर। जब आप एक बोतल के समान स्तर पर चार छेद बनाते हैं, तो जेट समान दूरी तय करते हैं क्योंकि एक तरल एक विशेष गहराई पर सभी दिशाओं में एक ही दबाव डालता है।
एक तरल द्वारा दबाव के बारे में आपको जो दो बातें याद रखने की जरूरत है, वे इस प्रकार हैं:
1. एक तरल द्वारा दबाव डाला गहराई से बढ़ता है।
2. एक तरल एक निश्चित गहराई पर सभी दिशाओं में एक ही दबाव डालता है।
मापने तरल दबाव:
एक मैनोमीटर एक उपकरण है जिसका उपयोग दबाव के अंतर को मापने के लिए किया जाता है। आप एक साधारण मैनोमीटर बना सकते हैं और इसका उपयोग यह देखने के लिए कर सकते हैं कि तरल का दबाव गहराई के साथ कैसे बदलता है। U- ट्यूब को ठीक करें (आपको एक खरीदना होगा, या अपनी प्रयोगशाला से एक उधार लेना होगा) जैसा कि चित्र 8.13 (क) में दिखाया गया है और इसका आधा हिस्सा पानी से भरें। आप देखेंगे कि पानी का स्तर यू-ट्यूब के दोनों बाहों में समान है। यह आपका मैनोमीटर है। यू-ट्यूब के एक छोर पर 1-मी रबर ट्यूब के एक छोर को खिसकाएं और रबर ट्यूब के दूसरे छोर पर एक फ़नल संलग्न करें।
फ़नल के मुंह के ऊपर एक पतली गुब्बारा फैलाएं और इसे धागे या रबर बैंड के साथ ठीक करें। यदि आप एक उंगली के साथ फैला हुआ गुब्बारा दबाते हैं, तो यू-ट्यूब के हाथ ए में पानी का स्तर गिर जाएगा और हाथ बी में स्तर बढ़ जाएगा, जैसा कि चित्र 8.13 (बी) में दिखाया गया है। दो भुजाओं में पानी की ऊँचाई में अंतर उस दबाव का माप है जिसे आप अपनी उंगली से लगा रहे हैं।
अगला, फ़नल को धीरे-धीरे पानी की एक बाल्टी में कम करें, जैसा कि चित्र 8.13 (सी) में दिखाया गया है। आपके मैनोमीटर की दो भुजाओं में पानी की ऊँचाई के बीच का अंतर बढ़ने से फ़नल पानी की बाल्टी में गहराई तक चला जाएगा। इससे पता चलता है कि तरल की गहराई से दबाव बढ़ता है।
यदि आप रबर ट्यूब को मोड़ते हैं ताकि फ़नल का चेहरा लंबवत हो, जैसा कि चित्र 8.13 (डी) में दिखाया गया है, और इसे पानी के समान स्तर पर घुमाएं, तो आपके मैनोमीटर द्वारा इंगित दबाव स्थिर रहेगा। इससे पता चलता है कि किसी गहराई पर एक तरल में दबाव सभी दिशाओं में समान है।
वायुमण्डलीय दबाव:
आप जानते हैं कि हम हवा के एक कंबल से घिरे हैं। इस हवा में द्रव्यमान होता है और गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा आकर्षित होता है। तो, क्या यह हवा दबाव नहीं डालती है? हाँ, यह करता है, जैसा कि निम्नलिखित गतिविधि आपको दिखाएगी। पानी के साथ एक खाली धातु का आधा (आप एक शीतल पेय कैन का उपयोग कर सकते हैं) भरें।
इसे तब तक गर्म करें जब तक पानी उबल न जाए। कैन को आंच से हटा दें और उसके ढक्कन को कसकर बंद कर दें। (यदि आप सॉफ्ट ड्रिंक का उपयोग कर सकते हैं, तो आप टेप को उद्घाटन को सील करने के लिए उपयोग कर सकते हैं।) कैन को एक टैप के नीचे रखें और टैप को चालू करें (हॉट कैन को संभालते समय सावधान रहें)। जैसे-जैसे ठंडा हो सकता है, यह कुचला जाता है। यदि कैन को गर्म करना परेशानी भरा है, तो गर्म पानी को प्लास्टिक की बोतल में डालें और ढक्कन पर स्क्रू करें। फिर बोतल के ऊपर बर्फ का ठंडा पानी डालें। बोतल उखड़ जाएगी।
कैन (या बोतल) क्यों कुचला जाता है? क्योंकि सबसे पहले, उबलते पानी से भाप हवा को बाहर निकालती है। फिर, जब आप ढक्कन को बंद करते हैं और कैन (या बोतल) को ठंडा करते हैं, तो भाप खाली स्थान को छोड़ देता है। हवा का दबाव, जिसे आप आमतौर पर महसूस नहीं करते हैं, कैन के सभी पक्षों पर कार्य करता है और इसे गुफा में बनाता है।
सामान्य रूप से एक खाली गुफा क्यों नहीं बन सकती है? क्योंकि यह हवा से भरा है और कैन की बाहरी सतह पर हवा का दबाव इसकी आंतरिक सतह पर हवा के दबाव से संतुलित है। और आपको कई सौ किलोग्राम वायु का भार अपने ऊपर क्यों नहीं पड़ता है (इस हवा का वजन लगभग एक हाथी के बराबर है)? ऐसा इसलिए है क्योंकि आपके शरीर के अंदर का दबाव आपके शरीर की बाहरी सतह पर हवा के दबाव के बराबर होता है।
आइए कुछ और उदाहरणों पर विचार करें। जब आपको लगता है कि बहुत अधिक हवा में एक गुब्बारा फटा है तो आपको क्यों लगता है? जैसे ही आप एक गुब्बारे में हवा भरते हैं, अंदर का दबाव (गुब्बारे की दीवार पर अभिनय) बढ़ जाता है। इससे गुब्बारे का आकार या आयतन बढ़ जाता है। तब एक बिंदु आता है जब गुब्बारे की सामग्री किसी भी अधिक नहीं खींच सकती है। यदि आप अधिक हवा में पंप करके दबाव बढ़ाते हैं, तो गुब्बारा फट जाता है।
एक खाली गिलास (या मग) को एक बाल्टी पानी में धकेलने का प्रयास करें। क्या आप एक प्रतिरोध महसूस करते हैं? यह कांच (या मग) के अंदर फंसी हवा द्वारा दबाव डाला जाता है। अपने दोस्तों को इन गतिविधियों से आश्चर्यचकित करें और उन्हें समझाने की कोशिश करें। संकेत के लिए आंकड़े 8.15 और 8.16 देखें।
1. पानी के साथ एक गिलास भरें और इसे कोस्टर के साथ कवर करें। गिलास पलटना। कोस्टर ग्लास से चिपका रहेगा और पानी नहीं फटेगा।
2. एक खाली कैन के नीचे छेद छेद कर सकते हैं और चिपकने वाली टेप के साथ छेद को कवर कर सकते हैं। कैन को पानी से भरें कैन के मुंह पर एक गुब्बारा रखें। एक सिंक के ऊपर कैन को पकड़ें और छेद को कवर करने वाले टेप को उतार दें। जैसे ही पानी छेद से बाहर निकलता है, गुब्बारे को कैन में धकेल दिया जाता है।
