طريقة حساب ضغط الماء في الخزان

حساب ضغط الماء في الخزان

يُعرَّف الضغط بأنه القوة المطبقة والتي تكون عمودية على سطح

الجسم

لكل منطقة يتم توزيع القوة عليها، مقياس الضغط هو الضغط بالنسبة للضغط المحيط، يتم تطبيق وحدات مختلفة للتعبير عن الضغط، بعضها مشتق من وحدة قوة لكل وحدة مساحة، وحدة الضغط في النظام الدولي للوحدات هي باسكال (باسكال).

وبالمثل، فإن ضغط

الماء

هو المصطلح المستخدم لوصف قوة تدفق المياه عبر قناة أو أنبوب، تُعطى صيغة ضغط الماء ووحدة النظام الدولي للوحدات على النحو التالي:

صيغة ضغط الماء = ρ g · h

وحدة SI Pa

P = ضغط الماء في Pa

ρ = كثافة الماء بالكيلو جرام م -3

g = قوة الجاذبية في 9.81 m.s-2

H = الارتفاع بالمتر

يمكن أيضًا

حساب

فقدان ضغط الماء.

تُعطى صيغة فقدان ضغط الماء بسبب الارتفاع h على النحو التالي:

فقدان الضغط = 0.4335 × h

H تدل على الارتفاع

ضغط الماء ليس دالة مباشرة لحجم خزان المياه، ولكن للعمق، على سبيل المثال، إذا وزعت 1000000 جالون من الماء رقيقًا جدًا بحيث لا يزيد عمقها عن بوصة واحدة في أي وقت، فلن يكون هناك ضغط كبير على الإطلاق. [1]

إذا تم سكب نفس الحجم في عمود بعرض 1 قدم ، فإن الضغط في القاع سيكون عشر مرات أكبر منه في قاع المحيط، إذا كنت تعرف بعض القياسات الجانبية للخزان بالإضافة إلى الحجم، فيمكنك حساب ضغط الماء عند نقطة قاع الخزان.

حدد ضغط الماء في قاع أسطوانة كاملة منتصبة بقسمة الحجم على حاصل ضرب (π) في مربع نصف القطر (R2).

هذا يعطي الارتفاع، إذا كان الارتفاع بالأقدام، فاضرب في 0.4333 لتحصل على

رطل

لكل بوصة مربعة (PSI).  إذا كان الارتفاع بالأمتار، اضرب في 1.422 لتحصل على PSI.  Pi ، أو، هي النسبة الثابتة للمحيط إلى القطر في جميع الدوائر، تقريب pi هو 3.14159. [2]

أمثلة



محلولة

• 
  مثال رقم 1
  

خزان ارتفاعه 6 م مملوء بالماء، احسب الضغط على الخزان في قاعه.

المحلول

:

معطى

:

كثافة الماء ρ = 1000 كجم / م 3

التسارع بسبب الجاذبية ، z = 9.8 M / ث 2

الارتفاع H = 6 م

يتم إعطاء صيغة ضغط الماء على الخزان بواسطة ،

P = ρ g · h = 1000 × 9.8 × 6 = 58800 باسكال.

• 
  مثال رقم 2
  

شلال يبلغ ارتفاعه 200 M .  حدد مقدار فقد الضغط عندما يصل إلى السطح.

المحلول:

معطى:

كثافة الماء p = 100  kg / M 3

التسارع بسبب الجاذبية ، z = 9.8 m / s 2

الارتفاع ح = 200 M

تُعطى معادلة فقدان الضغط من خلال فقد الضغط = 0.4335 × 200 = 86.7 باسكال.

• 
  مثال رقم 3
  

إذا كانت الغواصة تعمل على عمق 2000 قدم تحت سطح الماء، أو بعبارة أخرى، في الماء بارتفاع 2000 قدم ، إذن

P = 0.43 frac { text {lb / in} ^ 2} { text {ft}} times 2000 text {ft} = 860 frac { text {lb}} { text {in} ^ 2  } P = 0.43

الكتلة م بالكيلوجرام، والمنطقة أ بالقدم 2 أو M 2 ، و G كثابت الجاذبية للتسارع (9.81 M / s 2 ، 32.17405 قدم / s 2).

هذه طريقة تقريبية لتحديد القوى بين الجسيمات للسائل في الخزان، لكنه يفترض أن القوة الناتجة عن الجاذبية هي مقياس دقيق للقوة بين الجسيمات التي تسبب الضغط. [3]

حساب ضغط الماء في المواسير

ضغط الماء، الذي يشار إليه أحيانًا بالضغط الهيدروستاتيكي، يتعامل مع السوائل الساكنة، في حين أن الحركة فوق سطح الماء من الأمواج والتموجات يمكن أن تجعل حساب ضغط الماء على السطح أمرًا صعبًا.

فإن حساب ضغط الماء في أعماق المياه المنخفضة أسهل في الحساب، قد تختلف معايير تحجيم الأنابيب في جميع أنحاء العالم، ولكن يمكن

تحديد

أحجام الأنابيب باستخدام سمك جدران الأنابيب ومحيط الأنبوب، وطريقة الحساب كالتالي:

• 
  الخطوة
  
  
  1
  

هي تحديد العمق بالأمتار للكائن المرغوب في حساب ضغط الماء من أجله.

• 
  
  
  الخطوة
  
  
  2
  

قم بقياس الضغط الجوي، بالكيلوجرام لكل متر – ثانية مربعة (كجم / مللي ثانية)، لسطح الماء باستخدام مقياس الضغط الجوي.

• 
  
  
  الخطوة
  
  
  3
  

مراعاة

القيم

القياسية لكثافة الماء وتسارع الجاذبية للأرض.  القيمة القياسية لكثافة الماء هي 1000 كجم / م 3 وقيمة تسارع الجاذبية الأرضية 9.81 م / ث².

• 
  الخطوة
  
  
  4
  

أدخل القيم التي وجدتها في الخطوات من 1 إلى 3 في هذه المعادلة لإيجاد ضغط الماء: P = A + (L x G) حيث يمثل “P” ضغط الماء ، ويمثل “A” الضغط الجوي على سطح الماء ، ”  L “تمثل كثافة الماء و” G “تمثل تسارع الجاذبية.

للتعبير عن الضغط بالرطل / بوصة 2 (رطل لكل بوصة مربعة) ، اضرب إجابة “P” في 0.014.

• 
  
  
  حجم الأنبوب
  
• 
  
  
  الخطوة
  
  
  1
  

لف قطعة رقيقة من الخيوط حول الأنبوب لقياس محيط الأنبوب، حدد

الطول

عند التقاء طرفي السلسلة وقياس المسافة باستخدام المسطرة.

• 
  الخطوة
  
  
  2
  

اقسم المحيط المقاس في الخطوة 1 على القيمة الرياضية لـ pi ، وهي 3.14، الإجابة المعطاة تمثل القطر الخارجي (OD) للأنبوب.

• 
  
  
  الخطوة
  
  
  3
  

قياس عرض جدران الأنابيب، باستخدام حافة الأنبوب المكشوف والمسطرة، قم بالقياس من الحافة الخارجية للأنبوب إلى بطانة الجدار الداخلي.

• 
  
  
  الخطوة
  
  
  4
  

يمكن مقارنة قياسات بمخطط أنبوب معياري، باستخدام قياس OD وعرض جدران الأنابيب، مع البحث عن الصف والعمود المرتبطين بحجم الأنبوب، ولمعرفة الفرق بين ضغط الهواء وضغط الماء، والفرق الرئيسي بين ضغط الماء وضغط الهواء هو أن أحدهما يتكون من الماء والآخر يتكون من الهواء، يعتمد كل من ضغط الهواء وضغط الماء على نفس المبادئ الفيزيائية.

• 
  الضغط
  

يصف الضغط كثافة السائل أو الغاز، كلما زاد الهواء أو الماء بالنسبة للحاوية الموجودة فيه، يزيد الضغط، فإن الأنبوب الصغير الذي يحتوي على عشرة جالونات من الماء سيكون له ضغط أعلى من الدلو الذي يحتوي على عشرة جالونات من الماء.

• 
  ال
  
  
  حركة
  

يؤثر كل من ضغط الهواء والماء على المواد الخاصة بهما بنفس الطريقة – ينتقل كل من الهواء والماء من مناطق الضغط العالي إلى مناطق

الضغط المنخفض

، هذا هو سبب عمل الصنبور (أنت تقلل الضغط في نهايته) وأيضًا سبب تحليق البالون عند فك ربطه (الهواء عالي الضغط بداخله يهرب بسبب الضغط المنخفض للهواء المحيط به). [4]

قانون ضغط الماء على الجسم

لكل عشرة أمتار زائدة يغوص فيها جسم ما، يزداد الضغط على الجسم بمقدار 1 بار، تخضع أجسام البشر لثلاثة أشرطة أو أجواء ضغط على عمق عشرين مترًا و 4 بار / ضغط جوي عند ثلاثون مترًا.

قاعها يدعم وزن السائل الموجود فيه، بحسب الضغط الذي يمارس على القاع بوزن السائل، هذا الضغط هو وزن السائل بالملي جرام مقسومًا على المنطقة A التي تدعمه.

يمكننا إيجاد كتلة السائل من حجمه وكثافته:

هذه القيمة هي الضغط الناتج عن وزن السائل، المعادلة لها صلاحية عامة تتجاوز الشروط الخاصة التي يتم اشتقاقها بموجبها.

• 
  القانون
  

P=mgA

حتى لو لم تكن الحاوية موجودة، فسيظل السائل المحيط يقوم بهذا الضغط، مما يبقي السائل ثابتًا، وبالتالي فإن المعادلة P = hρg تمثل الضغط الناتج عن وزن أي سائل متوسط ​​الكثافة ρ عند أي عمق h تحت سطحه.

بالنسبة للسوائل التي تكاد تكون غير قابلة للضغط، فإن هذه المعادلة تصمد إلى أعماق كبيرة، بالنسبة للغازات القابلة للانضغاط تمامًا، يمكن للمرء تطبيق هذه المعادلة طالما كانت تغيرات الكثافة صغيرة على العمق المدروس. [5]