Home
Education
Classroom
Knowledge
Blog
TV
ธรรมะ
กิจกรรม
โครงการทรูปลูกปัญญา

ความดันของของไหล

Posted By Thananthorn | 09 ม.ค. 62
218 Views

  Favorite

เคยรู้สึกบ้างไหม เมื่อเวลาที่เราอยู่บนเครื่องบินซึ่งบินขึ้นไปในระดับสูง ๆ แล้วจะรู้สึกว่าหูอื้อ นั่นเป็นมาจากความดันในร่างกายของคนเราที่ไม่สมดุลกับบรรยากาศภายนอก โดยความดันในที่นี้ หมายถึง แรงที่ของไหลกระทำตั้งฉากต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ที่รองรับ มีหน่วยเป็นนิวตันต่อตารางเมตร (N/m3) หรือปาสคาล (Pa) ด้วยแรงดันนี้เองจึงทำให้เรารู้สึกหูอื้อ เมื่อเวลาที่อยู่ในพื้นที่ที่ต่างระดับมาก ๆ เช่น การขึ้นเครื่องบิน การขึ้นลงลิฟต์ รวมถึงการดำน้ำลึกด้วย เนื่องจากแรงกระทำเกิดจากของไหลซึ่งเป็นสสารมีมวล และต้องการที่อยู่ จึงเกิดการกดทับ และความพยายามที่จะกระจายตัวออกไปในทุกทิศทางจึงเกิดแรงดันขึ้น ตามหลักของอุณหพลศาสตร์หรือเทอร์โมไดนามิกส์

 

ความแตกต่างของความดันและแรงดัน

ความดันและแรงดันมีความหมายแตกต่างกัน ความดันเป็นปริมาณสเกลาร์มีเพียงขนาดไม่มีทิศทาง เช่น ความดันอากาศในลูกโป่ง ความดันน้ำในสระ เป็นต้น ส่วนแรงดันเป็นปริมาณเวกเตอร์เนื่องจากมีทั้งขนาดและทิศทาง เช่น แรงดันน้ำที่กระทำต่อสันเขื่อน เป็นต้น

ภาพ : Pixabay

 

ปัจจัยที่มีผลต่อความดันของของไหล

ความดันของของไหลแต่ละชนิดมีค่าแตกต่างกันขึ้นอยู่กับความหนาแน่น เช่น น้ำมีความหนาแน่นน้อยกว่าปรอท ดังนั้น ความดันน้ำที่มีระดับความลึกเท่ากันกับปรอทจะมีความดันต่ำกว่าความดันปรอท เป็นต้น นอกจากนี้ความลึกยังมีผลต่อความดันของของไหลด้วย เช่น ในน้ำทะเลที่มีระดับความลึกแตกต่างกันน้ำที่อยู่ลึกกว่าจะมีความดันสูงกว่าในระดับน้ำที่ตื้นกว่า

 

หลักการดังกล่าวถูกนำไปใช้ในการออกแบบฝายกั้นน้ำหรือเขื่อน โดยจะให้ฐานของเขื่อนมีความหนามากกว่าด้านบนเนื่องจากฐานของเขื่อนต้องรับแรงดันของน้ำมากกว่า โดยอาจจะเห็นได้จากการทดลองที่แสดงถึงความสัมพันธ์ระหว่างความสูงกับแรงดัน คือ การเจาะรูบนภาชนะ ให้มีระดับแตกต่างกันอย่างน้อยสองระดับขึ้นไป ใช้ดินน้ำมันอุดรูไว้ แล้วเติมน้ำให้เต็ม จากนั้นนำวัสดุที่อุดรูไว้ออกไป สังเกตการไหลของน้ำที่ออกมาจากรูที่เจาะ ก็จะเห็นว่ารูที่เจาะไว้ต่ำสุดน้ำจะไหลแรงที่สุด และรูที่อยู่สูงที่สุดน้ำกลับไหลได้เบาที่สุด ที่เป็นเช่นนี้เพราะว่ารูที่เจาะไว้ลึกที่สุดจะต้องรองรับน้ำหนักของน้ำมากกว่าบริเวณที่เจาะไว้สูงกว่า ดังนั้น รูที่เจาะไว้ต่ำจึงมีน้ำไหลออกมาแรงกว่า

ภาพ : Shutterstock

 
จากการทดลองข้างต้นนี้ จึงกล่าวได้ว่า ปัจจัยที่ส่งผลต่อ ความดันของของไหล คือ ความหนาแน่นของของไหล โดยยิ่งมีความหนาแน่นมาก ความดันของของไหลก็จะยิ่งมาก และระดับความลึกก็มีผลต่อความดันของของไหล โดยความลึกยิ่งมาก ความดันของของไหลก็จะยิ่งมาก แต่ก็เป็นเพียงในกรณีที่ของไหลนั้นอยู่ในสภาพอยู่นิ่ง เมื่อใดก็ตามที่ของไหลนั้นเคลื่อนที่หรือเกิดการไหล ความเร็วของของไหลจะมีผลต่อแรงดันอีกด้วย เนื่องจากกฎอนุรักษ์พลังงาน ที่กล่าวถึงพลังงานไม่มีการหายไปไหน แต่มีการเปลี่ยนรูปของพลังงาน เมื่อสสารมีความดันจึงทำให้เกิดงาน พลังงานจึงเปลี่ยนรูปไปเป็นงานที่เกิด พลังงานจลน์ที่มีก็ลดลง นั่นคือความเร็วลดลง ยกตัวอย่างเช่น การฉีดสเปรย์ออกมาจากหัวฉีด ก็อาศัยหลักการนี้คือ ที่หัวฉีดจะมีแรงดันมาก น้ำที่ถูกฉีดออกมาจึงมีความเร็วสูง เมื่อออกจากหัวฉีดจึงปะทะอากาศทำให้มีความเร็วลดลงอย่างรวดเร็ว ความดันจึงเพิ่มขึ้นแล้วกระจายตัวออกเป็นละอองน้ำ

ภาพ : Pixabay

 

ด้วยหลักการนี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในการออกแบบปีกเครื่องบิน โดยให้ปีกเครื่องบินมีด้านล่างของปีกแบนราบ ส่วนข้างบนมีปีกโค้งมน อากาศใช้เวลาในการเคลื่อนที่ผ่านปีกเครื่องบินทั้งด้านล่างและด้านบนเท่ากัน ทำให้อากาศด้านล่างปีกมีความเร็วน้อยกว่าบริเวณด้านบนของปีก เมื่ออากาศด้านล่างปีกมีความเร็วต่ำกว่าด้านบนของปีก จะทำให้ความดันด้านใต้ปีกมากกว่าความดันด้านบนของปีกเครื่องบิน จึงทำให้เกิดแรงดันหรือแรงยก ส่งผลให้เครื่องบินสามารถยกตัวขึ้นได้นั่นเอง

ภาพ : Pixabay

 
ความดันเป็นปริมาณชนิดหนึ่ง ซึ่งอยู่ใกล้ตัวและมีความสำคัญอย่างยิ่งเราสามารถนำความรู้ความเข้าใจเรื่องความดันไปใช้ในการอธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติต่าง ๆ ได้ เช่น การเกิดอาการหูอื้อเมื่อเราโดยสารเครื่องบินในขณะที่เครื่องบินขึ้นหรือลง การดำน้ำ การออกแบบโครงสร้างเขื่อนกั้นน้ำ ตลอดจนการออกแบบเครื่องทุ่นแรงต่าง ๆ ด้วย

 


บทความที่เกี่ยวข้อง
- กฎการอนุรักษ์พลังงาน
- พลศาสตร์ของไหลกับกลลูกโป่งลอย
 

 

เว็บไซต์ทรูปลูกปัญญาดอทคอมเป็นเพียงผู้ให้บริการพื้นที่เผยแพร่ความรู้เพื่อประโยชน์ของสังคม ข้อความและรูปภาพที่ปรากฏในบทความเป็นการเผยแพร่โดยผู้ใช้งาน หากพบเห็นข้อความและรูปภาพที่ไม่เหมาะสมหรือละเมิดลิขสิทธิ์ กรุณาแจ้งผู้ดูแลระบบเพื่อดำเนินการต่อไป
Tags
  • Posted By
  • Thananthorn
  • 0 Followers
  • Follow