گام به گام فصل 8 علوم نهم
نام فصل: فشار و آثار آن
خود را بیازمایید صفحه 86 علوم نهم
برای تحمل وزن یک ساختمان، دیوارهای آن را روی پایه های بتونی، می‌سازند. در شکل زیر، دو نوع پایه متفاوت که معماران در این مورد به کار می‌برند، نشان داده شده است.
الف) اگر سطح کل پایه نواری، نصف سطح پایه یک پارچه باشد، در این صورت فشاری را که از طرف دیوارهای ساختمان به هریک از دو پایه وارد میشود با هم مقایسه کنید.
پاسخ:
p=FA=mgA
p=FA2=2FA=2mgA
یا
ب) برای ساختن ساختمان روی زمین نرم، کدام یک از پایه‌های نشان داده شده، مناسب‌تر است؟ علت انتخاب خود را توضیح دهید.
پاسخ:
شکل ب(پایه یک پارچه) – زیرا در پایه ی یکپارچه چون سطح بیشتر است فشار کمتر ی به
سطح نرم زیرین خود وارد می کند .
- مساحت سطح یکپارچه را A فرض کنید. جرم ساختمان ها با هم برابر هستند و جرم را m در نظر بگیرید.
- در نتیجه فشار روی پایه نواری، 2 برابر فشار روی پایه یکپارچه است.
- روی زمین نرم برای پیشگیری از رانش زمین، باید فشار کمتری به آن وارد شود، پس پایه نواری مناسب تر است.
فکر کنید صفحه 86 علوم نهم
۱- یکی از توصیه‌هایی که همواره باید جدی بگیریم، این است که روی سطح یک استخر یخ زده یا دریاچه یخ زده راه نرویم زیرا فشاری که وزن ما ایجاد می‌کند، ممکن است برای شکستن یخ کافی باشد. با توجه به تعریف فشار توضیح دهید چرا امدادگر از یک نردبان بزرگ برای حرکت روی سطح یک دریاچه یخ زده، استفاده کرده است.
پاسخ: هر چه سطح تماس نیرو با سطح کمتر باشد، فشار وارد شده به سطح بیشتر میشود. استفاده از نردبان باعث میشود سطح تماس افزایش یابدو نیروی وزن امدادگر روی کل سطح توزیع شود و در نتیجه فشار کم شود و احتمال شکستن یخ کاهش یابد.
۲- چرا گرفتن پونز بین دو انگشت و فشردن آن می تواند سبب آسیب رساندن به یکی از انگشت ها شود؟
پاسخ: نوک پونز تیز است و این یعنی آنکه سطح تماس خیلی کوچک است. فشردن پونز باعث میشود که نیروی فشردن روی نوک تیز پونز توزیع شود و فشار زیادی به این نقطه وارد و باعث سوراخ شدن پوست شود.
فعالیت صفحه 86 علوم نهم
توضیحات بیشتر (جهت مطالعه یا جواب کامل) :
ابتدا جرم خود را به کمک ترازو اندازه بگیرید و وزن خود را حساب کنید. سپس سطح تماس کفشی که پوشیده‌اید را با زمین اندازه بگیرید. سرانجام به کمک رابطه (۱) (الف) مقدار فشاری که پاهای شما به زمین وارد می‌کنند را به دست آورید.
فرض کنید جرم شما برابر 46 کیلو گرم باشد. آنگاه وزن شما برابر است با؛
پاسخ:
پاسخ ها متفاوت است .(فرض می کنیم وزن شخص 800نیوتن و سطح یکی از کفش های او 08/0
متر مربع باشد )
الف- (سطح هر دو کفش روی هم 16/0 مترمربع می شود)
ب- ( فشار روی سطح یک کفش )
یا به عبارتی دیگر چون سطح نصف شده می توان فشار را دو برابر کرد .
5000*2=1000 پاسکال
آزمایش کنید صفحه 87 علوم نهم
هدف: بررسی فشار در مایع‌ها
وسایل و مواد لازم: بطری آب (۱/۵ و ۲ لیتری)، پایه (مثلاً یک یا دو قطعه آجر)، یک ظرف نسبتاً بزرگ، نوار چسب کاغذی
روش اجرا:
1- مطابق شکل سه سوراخ کوچک در بطری ۱/۵ لیتری ایجاد کنید و سوراخ‌ها را با نوارچسب کاغذی بپوشانید.
۲- بطری را از آب پر کنید و ظرف خالی را زیر آن قرار دهید.
۳- مسیری را که پیشبینی می‌کنید فوران‌های آب از سوراخ‌های ایجاد شده روی بطری طی می‌کنند روی شکل (ب) رسم و استدلال خود را بیان کنید.
پاسخ: در نقاط پایین‌تر داخل بطری فشار بیشتری وجود دارد زیرا، هر چه عمق یک نقطه بیشتر باشد، ارتفاع بیشتری از مایع روی آن قرار دارد و بنابراین نیروی وزن مایع بیشتر میشود. در نتیجه آب با فشار بیشتری از سوراخ پرتاب میشود.
۴- درپوش بطری را باز کنید و نوارچسب کاغذی را به آرامی از آن جدا کنید. نتیجه مشاهده خود را با آنچه روی شکل (ب) رسم کردید مقایسه کنید.
پاسخ: نتیجه آزمایش هم شبیه این شکل خواهد بود.
۵- مطابق شکل (پ) آزمایش را با دو بطری ۱/۵ و ۲ لیتری انجام دهید. توجه کنید که سوراخ‌ها را به طور مشابه و در ارتفاع یکسان روی هر دو بطری ایجاد کنید. همچنین سطح آب در هر دو بطری مساوی باشد.
پاسخ: در این حالت شکل خروج آب از سوراخ‌های هر دو بطری شبیه هم است.
۶- با توجه به نتایج آزمایش‌های شکل (الف) و (پ) توضیح دهید فشار درون مایع چگونه با افزایش عمق تغییر می‌کند.
پاسخ: مشاهده میکنیم فشار به شکل ظرف بستگی ندارد و فقط به ارتفاع مایع بستگی دارد.
فکر کنید صفحه 88 علوم نهم
پاسخ: با توجه به سطح آب سد ، اگر خطی مثل نقطه چین به ساختمان وصل کنیم مشاهده می کنیم آب تا طبقه ی هشتم ساختمان می رسد و برای آب رسانی به دو طبقه ی آخر باید از پمپ استفاده کرد.
فکر کنید صفحه 89 علوم نهم
پاسخ: این معادله نشان میدهد که فشار در دو پیستون با هم برابر است.
توضیحات بیشتر (جهت مطالعه یا جواب کامل) :
F1A1=F2A2
بر اساس اصل پاسکال، اعمال فشار به نقطه ای از مایع محصور در محفظه بسته بدون ضعیف شدن به سایر نقاط محفظه منتقل میشود. پس اگر نیروی F1 به پیستون 1 وارد شود، فشاری برابر p ایجاد میشود.
p=F1A1
آزمایش کنید صفحه 90 علوم نهم
هدف: بررسی آثار فشار هوا (۱)
وسایل و مواد لازم: قوطی حلبی، منبع گرما
روش اجرا:
۱- کمی آب درون قوطی بریزید و آن را روی منبع گرما قرار دهید.
۲- مدتی (حدود ۲ الی ۳ دقیقه) صبر کنید تا مقداری بخار آب از سر قوطی خارج شود.
۳- قوطی را از روی منبع گرما بردارید. سر قوطی را با درب مخصوص آن محکم ببندید (مراقب انگشت های خود باشید!).
۴- پیشبینی کنید چه اتفاقی می‌افتد. استدلال خود را برای این پیشبینی بیان کنید.
پاسخ: قوطی در اثر فشار هوا مچاله میشود ، زیرا با حرارت دادن مقداری از هوای داخل قوطی خارج میشود.
۵- چند دقیقه صبر کنید تا قوطی خنک شود. نتیجه مشاهده خود را توضیح دهید. آیا نتیجه آزمایش با پیشبینی شما سازگار بود؟
پاسخ: بله دست است
توضیحات بیشتر (جهت مطالعه یا جواب کامل) :
و در نتیجه یک محیط خلا درون آن ایجاد میشود و فشار درون قوطی بسیار کاهش می‌یابد. این اختلاف فشار درون بطری و خارج بطری باعث میشود که دیواره‌های قوطی به سمت داخل فشرده شوند و قوطی مچاله شود.
فعالیت صفحه 90 علوم نهم
یک نی را داخل یک بطری محتوی آب قرار دهید. درحالی که نی درون بطری قرار دارد دهانه بطری را با لب‌های خود به طور کامل بگیرید و درون بطری بدمید. آنچه را مشاهده می‌کنید، با توجه به آثار فشار هوا و همچنین اصل پاسکال توضیح دهید.
پاسخ: با دمیدن به سطح آب داخل بطری فشار وارد میشود و مایه از طریق نی خارج میشود
آزمایش کنید صفحه 92 علوم نهم
هدف: بررسی آثار فشار هوا (۲)
وسایل و مواد لازم: بطری شیشه‌ای، درپوش تک سوراخه و درپوش دو سوراخه، قیف و ظرف محتوی آب
روش اجرا:
۱- پیشبینی کنید با ریختن آب درون قیف شکل الف چه اتفاقی می‌افتد. استدلال خود را بیان کنید.
۲- اکنون آزمایش کنید. به آرامی آب را درون قیف بریزید. چه اتفاقی می‌افتد؟ به دقت مشاهده کنید و سعی کنید آنچه را که اتفاق می‌افتد توضیح دهید.
پاسخ: برای وارد شدن آب به داخل بطری شیشه‌ای باید هوای داخل آن خارج گردد و آب داخل بطری جایگزین گردد. در حالتی که از درپوش تک سوراخه استفاده میشود، هوا راهی برای خروج از دهانه بطری را ندارد و فقط می‌تواند به سختی از سوراخ قیف خارج شود. بنابراین آب به سختی وارد بطری میشود.
۳- اگر به جای درپوش تک سوراخه، از درپوش دوسوراخه استفاده کنیم (شکل ب)، پیشبینی کنید چه اتفاقی می‌افتد.
پاسخ: در حالتی که از درپوش دو سوراخه استفاده میشود، هوا به راحتی می‌تواند از سوراخ دوم خارج شود و آب جایگزین آن شود.
۴- آزمایش را به کمک درپوش دوسوراخه انجام دهید و سعی کنید آنچه را که اتفاق می‌افتد توضیح دهید.
پاسخ: آب به راحتی وارد بطری میشود و بطری پر از آب میشود.
فکر کنید صفحه 92 علوم نهم
پاسخ: الف) با سر و ته کردن فشار هوا مانع خروج آب از بطری می شود
ب) کج کردن تا حدودی بهتر است اما چون آب به طرف پایین و جریان هوا به درون بطری است و جهت حرکت آنها مخالف است آبه به خوبی پایین نمی رود
ج) فشرده کردن قسمتی از آب را به سرعت به بیرون می ریزد ولی به سرعت متوقف می شود
د) با سوراخ کردن ته بطری فشار هوا در پایین و بالای بطری یکسان می شود و مایع در اثر نیروی وزن به پایین میریزد
توضیحات بیشتر (جهت مطالعه یا جواب کامل) :
آزمایش نشان می دهد در حالت (پ) آب سریع تر از بطری خارج می شود. زیرا با فشردن بالای بطری، فشار هوای محبوس در بالای بطری افزایش می یابد (زیرا حجم آن کاهش می یابد و در نتیجه آب سریع تر خارج می شود.
ایجاد سوراخ در ته بطری در زمان خروج آب از بطری تأثیر چندانی ندارد؛ زیرا همزمان با خروج آب از در بطری مقداری هوا وارد بطری می شود که کاهش فشار هوا در بالای بطری را جبران می کند. لذا ایجاد سوراخ ها نمی تواند تأثیر مهمی در زمان خروج آب از بطری نیمه پر ایجاد کند.
فعالیت صفحه 93 علوم نهم
پاسخ: وقتی ورقه ی لاستیکی را پایین میکشیم فشار درون بادکنک ها کم تر از فشار هوا میشود و هوا وارد بادکنک میشود . اما وقتی لاستیک را رها میکنیم، فشار درون بادکنک بیشتر از فشار هوا میشود و در نتیجه هوا به بیرون رانده میشود.
کتاب درسی علوم نهم