بخشی از مقاله
فشار
دید کلی :
آیا میدانید پاشنه نوک تیز کفش به کف اتاق آسیب میرساند ؟
آیا میدانید چرا کفش اسکی در برف سر نمیخورد ؟
آیا تا به حال با کفش ورزشی میخ دار روی برف راه رفته اید ؟
آیا تابه حال از خود پرسیدهاید که چرا جاقو دست را میبرد ؟
چرا کفش معمولی به زمین آسیب نمیرساند ؟
اینها همه پدیدههایی هستند که مفهوم فشار در آنها نهفته است وبه نوعی آن را بیان میکنند.
تعریف فشار:
فشار عبارتست از نیروی وارده بر واحد سطح که با علامت اختصاری p نشان میدهند. این کمیت در گازها نقش عمده را ایفا میکند زیرا یکی از کمیات مشخصه گاز میباشد، از این رو بیشتر قوانین فشار در گازها نهفته شده و به دست آوردن معادله حالت گاز به کار برده میشود.
مفهوم فشار:
اثر نیرو بر روی یک سطح بستگی دارد که نیرو چگونه اعمال شود. شخصی که کفش ورزشی میخ دار پوشیده. میخ کفشهایش در زمین فرو میرود در صورتیکه کفش معمولی بر زمین آسیب نمیرساند. نکته قابل توجه این است که در هر دو مورد نیرویی که بر سطح وارد میشود یکسان بوده و همان نیروی وزن اوست. اختلاف میان این دو حالت در این است که کفش ورزشی نیرو را بر سطح کوچکی وارد میکند.
میخ کفشها مقدار نیروی کل را تغییر نمیدهد ، بلکه نیرو بر واحد سطح را به شدت افزایش میدهد. که کمیت نیروی وارد بر واحد سطح نیز فشار نام دارد. به زبان ریاضی فشار بصورت زیر بیان میشود:
P=F/A که در آن P فشار ، F نیرو و A سطح مقطع اثر نیرو میباشد.
اسکیبازان موقع اسکی کفش اسکی میپوشند زیرا دارای سطح مقطع بزرگتری است و فشار وارد بر سطح را کاهش میدهد.
چاقو به خاطر سطح مقطع بسیار کوچک تماس با اجسام (مثلا دست) در اثر اعمال مقدار نیروی هر چند ناچیز ، نیروی واحد سطح (فشار) بزرگتری را ایجاد کرده و سبب برش اجسام میشود.
یکای فشار:
فشاربا یکاهای مختلفی بیان میشود. یکای استاندارد ما در دستگاه SI پاسکال میباشد که برابر(1Pa=1N/m2) میباشد. یک پاسکال برابر مقدار یک نیوتن نیروست که بر یک متر مربع سطح جسمی وارد میگردد. بهترین یکایی که میتواند مرجعی برای سایر یکاها به کار برده شود اتمسفر یا جو (Atmospher ) است که به صورت فشار متوسط هوا در سطح دریا تعریف میشود.
چون پاسکال یکای کوچکی برای فشار است معمولا از کیلو پاسکال(kpa) که برابر 1000 پاسکال است، استفاده میکنند. هر جو تقریبا برابر 100 kpa است. هواشناسان ازواحد میلی بار استفاده میکنند که برابر یک دهم پاسکال است. از سایر واحدهای فشار میتوان دین بر سانتیمتر مربع (dyn/cm2) یا torr را نام برد.
چون در اندازه گیری فشار در لوله U شکل از طول سنجی مایع جیوه به فشار سنجی پی می برند، واحد سانتیمتر جیوه (cmHg) نیز برای کمیت فشار به غلط مرسوم شده است.
نحوه اندازه گیری فشار:
فشار را به کمک دستگاههای فشار سنج اندازه میگیرند عمدهترین فشار سنجها که بر حسب مکانیزم کارشناسان نام گذاری شده است عبارتند از:
فشارسنج لوله U شکل
فشار سنج مکلئود
فشار سنج جیوهای
فشار سنج ترموکوپل
فشارسنج صوتی
فشار سنج خازنی
فشارسنج گازایدهآل
ساده ترین و معروترین آنها فشار سنج لوله U شکل است که در آن مقداری جیوه در لوله U شکل ریخته شده و میزان اختلاف فشار محیط (هواکه برابر p0 است) و ماده د اخل فشارسنج که بر مایع جیوه فشار وارد میکند ازطریق اختلاف ارتفاع ستون مایع جیوه اندازه گیری میشود. بنابراین از این طریق فشار واقعی را میتوانیم به دست آوریم: « P=P0+ρg(h-h0)
در رابطه اخیر P فشار و ρ چگالی ماده و P0 فشار اتمسفر ، h0 ارتفاع ستون مایع در فشار اتمسفر ، g شتاب جاذبه وh ارتفاع ستون مایع در فشار ماده میباشد.
فشار جو
فشار به عنوان نیرو بر واحد سطح تعریف می شود. فشار یک گاز برابر با نیرویی است که گاز به واحد سطح جدا از ظرف خود وارد می کند. واحد نیرو در SI ، اسحاق نیوتن است و واحد فشار یک واحد فرعی SI است که یک اسحاق نیوتن بر متر مربع می باشد که در کنفرانس عمومی اوزان و مقادیر ، نام پاسکال بر آن پذیرفته شد. ولی شیمیدانها معمولا فشار گاز را در ارتباط با فشار جو اندازه گیری می کنند.
اتمسفر (یا جو) بر سطح زمین فشار وارد می کند. دستگاهی که برای اندازه گیری فشار جو به کار می رود هواسنج نامیده می شود.این دستگاه اولین بار بوسیله اوان جلیستاتوریچلی ، شاگرد گالیله، اختراع شد. برای تهیه این دستگاه ، لوله طویلی را که یک طرف آن مسدود است از جیوه پر می کنیم و آن را واژگون در یک ظرف جیوه در باز قرار می دهیم. اگر لوله به قدر کافی بلند باشد، جیوه در لوله پایین می آید ولی از آن کاملا خارج نمی شود. فشار جو که بر سطح جیوه درون ظرف وارد می شود، ستونی از جیوه را داخل لوله نگه می دارد.بر سطح بالای جیوه درون لوله عملا فشاری وارد نمی شود و چون جیوه در دمای معمولی چندان فرار نیست، مقدار بخار جیوه در فضای بالای جیوه مایع درون لوله اندک است و هوای آن نیز خارج شده است. خلائی که به این ترتیب حاصل می شود، خلاءتوریچلی نامیده می شود. بنابراین ، فشار درون لوله بالاتر از سطح مرجع ، تنها مربوط به وزن ستون جیوه است. این فشار برابر فشار جو است که خارج لوله و بالای سطح مرجع وجود دارد.
ارتفاع جیوه درون لوله به عنوان میزانی از فشار جو به کار می رود. گفتیم که فشار عبارت از نیرویی است که بر واحد سطح وارد می شود. بنابراین ، سطح مقطع لوله خواه نسبتا بزرگ و خواه کوچک باشد، یک فشار جو معین، جیوه درون لوله را در یک ارتفاع نگه می دارد.
وقتی که فشار عادی جو در سطح دریا اندازه گیری می شود ارتفاع ستون جیوه 76 سانتی متر ، یا 760 میلی متر خواهد بود. اتمسفر استاندارد(atm) در ابتدا بر حسب این شرایط تعریف شده است. تور (torr که از نام توریچلی گرفته شده) فشار هم ارز 1 میلی متر جیوه است و 1atm برابر 760 تور است.اتمسفر استاندارد امروزه به صورت فشاری برابر با pa101325 تعریف می شود و کمیته بین المللی اوزان و مقادیر توصیه می کند که از تور استفاده نشود. در برخی موارد آسانتر آن است که میلی متر جیوه یا تور به کار برده شود (که در صورت لزوم باید به اتمسفر تبدیل گردد). مثلا ، فشار بخار مایعات معمولا بر حسب میلی متر جیوه ،یا تور ثبت می شود. یه طور کلی ، فشارهای پایین بر حسب واحد کوچک فشار مانند تور، آسانتر بیان می شوند. همچنین وقتی که فشار گاز به وسیله هواسنج اندازه گیری می شود، استفاده از میلی متر جیوه ، یا تور ، آسانتر است.
فشار سنج که وسیله ای برای اندازه گیری فشار نمونه ای از گاز است، پس از هواسنج ساخته شده است. بازوی راست فشار سنج باز و مرتبط با جو است. بنابران، بر سطح جیوه در این بازو فشار جو وارد می شود. بازوی سمت چپ به یک محفظه گاز متصل است که از طریق آن، فشار نمونه گاز بر جیوه وارد می شود. چون سطح جیوه در بازوی چپ پایین تر از سطح آن در بازوی راست است، بنابراین، این حالت بیانگر آن است که در آن ، فشار گاز بیشتر از فشار جو است. اگر فشار گاز برابر فشار جو باشد، سطح جیوه در هر دو بازوی لوله U شکل، یکسان خواهد بود. در آزمایش مربوطه ، تفاوت ارتفاع بین دو سطح جیوه (بر حسب mm جیوه) باید به فشار جو (بر حسب میلی متر جیوه،یا تور) اضافه شود تا فشار گاز (بر حسب میلی متر جیوه، یا تور) به دست آید. این فشار کل را با تقسیم آن به 760، می توان به اتمسفر تبدیل کرد. اگر فشار گاز کمتر از فشار جو باشد، جیوه در بازوی چپ بالاتر از بازوی راست خواهد ایستاد. در این صورت باید تفاوت ارتفاع را از فشار جو کم کنیم.
فشار کمیتی است اسکالر و برابر است با نیروی عمود بر سطح در واحد سطح. فشار رابطه نزدیکی با تانسور تنش دارد و مقدار آن برابر با میانگین عناصر قطری ماتریس تنش است. واحد آن در اسآی پاسکال است.
واحدهای فشار
پاسکال
(Pa)
بار
(bar) اتمسفر فنی
(at)
اتمسفر
(atm)
تر
(Torr) پوند−نیرو
بر اینچ مربع
(psi)
1 Pa ≡ 1 N/m2
10−5 1.0197×10−5 9.8692×10−6 7.5006×10−3 145.04×10−6
1 bar 100,000 ≡ 106 dyn/cm2 1.0197 0.98692 750.06 14.504
1 at 98,066.5 0.980665 ≡ 1 kgf/cm2
0.96784 735.56 14.223
1 atm 101,325 1.01325 1.0332 ≡ 1 atm
760 14.696
1 torr 133.322 1.3332×10−3 1.3595×10−3 1.3158×10−3 ≡ 1 Torr; ≈ 1 mmHg
19.337×10−3
1 psi 6,894.76 68.948×10−3 70.307×10−3 68.046×10−3 51.715 ≡ 1 lbf/in2
مثال: ۱Pa = ۱ N/m۲ = ۱۰−۵ bar = ۱۰/۱۹۷×۱۰−۶ at = ۹/۸۶۹۲×۱۰−۶ atm
فشار هوا
اولين بار در قرن هفدهم «توريچلي» ثابت نمود كه هوا داراي وزن است و با اعلام وزن و فشار هوا فشارسنج جيوهاي خود را در سال هزار و ششصد چهل دو اختراع نمود.
واحد فشار هوا : امروزه متداول ترين واحد مورد استعمال در مورد فشار اتمسفر ميلي بار است فشار آتمسفر در 45 درجه عرض جغرافيايي و در هواي صفر درجه و در ارتفاع سطح دريا فشار بهنجار (Normalpressure) ناميده ميشود و ميزان آن برابر هزار و سیزده ميلي بار (هفصد و شصد ميليمتر جيوه و دو بیست و نه صدم اينچ ستون جيوه) ميباشد فشارهاي بيشتر از اين را فشار زياد و فشار كمتر را فشار كم ميگويند.
تغييرات قائم فشار جو : فشار جو با افزايش ارتفاع كاهش يافته و در ارتفاع پنج هزار متري به ميزان نصف فشار سطح دريا ميرسد.
جدول فشار x معيار اتمسفر در ارتفاعات مختلف
ارتفاع به كيلومتر فشار به ميلي بار
0 1013
1 900
2 795
3 700
4 616
جدول فشار x معيار اتمسفر در ارتفاعات مختلف
ارتفاع به كيلومتر فشار به ميلي بار
5 540
6 471
7 410
10 264
15 120
فشار اتمسفر به نسبت ارتفاع از سطح زمين كم ميشود ولي هيچگونه رابطه سادهايي بين تغييرات فشار و ارتفاع وجود ندارد. به طور تقريبي ميتوان گفت كه فشار هوا در هر دویست و پنجاه و هفت متر ارتفاع به نسبت تصاعد هندسي با قدرمطلق يك سيام كاهش مييابد. بدين ترتيب فشار جو در ارتفاع دویست و پنجاه و هفت متري بالاي زمين بيستونه سيام فشار در سطح دريا و در ارتفاع پانصدوپنجاه متري بيست و هشت سيام فشار در ارتفاع دویست وهفتاد وپنج متري است.
فشار اتمسفر با چگالي هوا ارتباط نزديك دارد به اين جهت به نسبت ازدياد ارتفاع، فشار با آهنگ سريعتري كاهش مييابد از طرفي ديگر چگالي هوا ارتباط نزديكي با درجه حرارت دارد و نتيجه ارتباط فشار هوا و درجه حرارت واضح است.
فشار هوا با نيروي جاذبه زمين نيز ارتباط دارد.
پراكندگي افقي فشار هوا : عرض جغرافياييـ پراكندگي درياها و خشكيها و اختلاف درجه حرارت نواحي مختلف كره زمين از عواملي هستند كه در پراكندگي افقي فشار اثر ميگذارند.
سيستم ناوه (Trough) : سيستم ناوه منطقهاي كشيده و طويل از يك دستگاه جوي كم فشار است كه در امتداد خط ناوه كمترين فشار وجود دارد در اين سيستم هواي ابري و توأم بارندگيهاي شديد و طولاني و همراه با گرد و خاك و يا تگرگ ميباشد. معمولاً در سيستمهاي فشار كم و ناوه به علت تجمع ذرات در سطح زمين و صعود تودههاي هوا و در اثر عمل انبساط و سرد شدن، مقدار بخار آب موجود در هوا به حد اشباع و تراكم رسيده و تشكيل ابر و بالنتيجه تشكيل پديدههاي جوي از قبيل بارانـ برفـ بارانيخزدهـ تگرگ و غيره ميدهد.
سيستم پشته (Ridge) : منطقهايي طويل و كشيده از يك دستگاه جوي پرفشاري است كه در امتداد خط پشته بيشترين فشار جو وجود دارد. در اين سيستم به علت فرونشيني يعني نزول تودههاي هوا از سطح بالاي جو به سطح زميني هوا گرم شده و در صورتي كه ابري وجود داشته باشد تبخير گرديده و هوا صاف ميشود. به اين جهت است كه مناطق تحت نفوذ چنين سيستمهايي داراي اقليم خشك و بياباني است.
كمربدهاي فشار در جهان ( Planetary Pressure Belts) : آرامگانهاي استواييـ پرفشارهاي جنب حاره (عرضهاي اسب)ـ كمربندهاي كمفشار جنب قطبيـ كلاهك پرفشار قطبي.
پرفشاري خون؛ قاتلي خاموش و بيهياهو
بيماري پرفشاري خون قاتل خاموش ناميده ميشود، زيرا بيسروصدا و بدون علامت شخص مبتلا را به مرگ و پايان زندگي نزديك ميكند. قلب فرد مبتلا به پرفشاري خون بهسختي فعاليت ميكند و اگر پرفشاري خون در مراحل اوليه كنترل نشود، نهتنها فعاليت دستگاه قلب و عروق، بلكه تمام اعضاي بدن دچار مشكل ميشود.
بيش از نيمي از زنان بالاي 55 سال به پرفشاري خون مبتلا هستند، بهطوريكه از هر 14 نفر در امريكا، 1 نفر دچار پرفشاري خون است. اين بيماري در زنان سياهپوست بهمراتب شايعتر و شديدتر است.
طبق آمارهاي جهاني، از هر 5 مورد نارسايي قلبي در زنان، 3 مورد بهدليل كنترل نكردن پرفشاري خون ايجاد ميشود. پرفشاري خون به كليهها آسيب ميرساند و موجب نارسايي كليوي، سكتة مغزي، حملة قلبي و بيماريهاي مرگآفرين ديگري ميشود. همچنين، زناني كه علاوه بر پرفشاري خون به بيماري ديابت مبتلا هستند بهمراتب بيشتر از سايرين به نارسايي كليوي و سكتة مغزي دچار ميشوند.
علل پرفشاري خون
در اغلب موارد، علت دقيق ابتلا به پرفشاري خون مشخص نيست، اما برخي عوامل ممكن است فرد را در معرض خطر قرار دهد.
عوامل خطرزاي مهارنشدني
برخي از عوامل مؤثر بر فشار خون را نميتوان تغيير داد. ارث يكي از اين عوامل است. فشار خون بالا جزء مواردي است كه به ارث ميرسد. نژاد عامل ديگر است. سياهپوستان نسبت به سفيدپوستان بيشتر مستعد ابتلا به پرفشاري خوناند. جنس نيز تأثيرگذار است؛ تا 55 سالگي، مردان بيشتر در معرض خطر ابتلا هستند، بعد از 55 سال، نسبت در هر دو جنس يكسان ميشود و از 75 سال به بعد زنان بيشتر در معرض خطر ابتلا قرار ميگيرند؛ بنابراين افراد مسن بيشتر به پرفشاري خون مبتلا ميشوند.
برخي از بيماريها نظير ديابت و بيماريهاي كليوي باعث پرفشاري خون ميشوند. اين قبيل بيماريها را نيز بايد از عوامل مهارنشدني دانست.
عوامل خطرزاي مهارشدني
اگر فشار خون بالايي داريد، با درمان مناسب آن را پايين بياوريد و كنترل كنيد و اگر درحالحاضر مشكل فشار خون نداريد، با رعايت موارد زير، از بروز آن جلوگيري كنيد:
ـ وزنتان را كنترل كنيد. اگر اضافه وزن داريد، رژيم بگيريد. كم كردن حتي يك كيلوگرم از وزنتان هم مفيد است.
ـ مرتب ورزش كنيد. 30 دقيقه ورزش در هر روز بهترين راه مبارزه با پرفشاري خون است.
ـ مصرف روزانة نمك را كم كنيد (حدود 1 قاشق چايخوري). سديم علاوه بر نمك در بسياري از غذاهاي بستهبنديشده، نوشابههاي گازدار، جوششيرين و بعضي شربت معدهها وجود دارد. براي اطلاع يافتن از مقدار سديم بهكار رفته در مواد غذايي برچسب آنها را قبل از مصرف بهدقت مطالعه كنيد.
اگر ميخواهيد از مواد جايگزين سديم استفاده كنيد، حتماً با پزشك مشورت كنيد؛ زيرا برخي از اين مواد براي همة افراد مناسب نيستند.
ـ از رژيم غذايي حاوي ميوه و سبزيجات فراوان، لبنيات كمچرب و غذاهاي حاوي پتاسيم نظير دانههاي سبوسدار و خشكبار استفاده كنيد. بهنظر ميرسد پتاسيم از پرفشاري خون جلوگيري ميكند. مصرف 3500 ميليگرم پتاسيم در روز توصيه ميشود.
ـ از مصرف مشروبات الكلي بپرهيزيد.
ـ اگر از داروهاي پايينآورندة فشار خون استفاده ميكنيد، طبق دستور پزشك عمل كنيد تا بهترين نتيجه بهدست آيد. اگر از داروهاي بدون نسخه (مثلاً مسكّنها) استفاده ميكنيد، پزشك را در جريان قرار دهيد، چون ممكن است با داروهاي فشار خون تداخل ايجاد كند. پزشكتان داروهاي بيخطر را به شما معرفي ميكند.
ـ اگر باردار هستيد، مرتب براي معاينة پيش از زايمان به مراكز درماني مراجعه كنيد تا مراقب بهداشت بتواند به پرفشاري احتمالي خون پي ببرد و بهموقع كنترل كند.
ـ اگر از قرصهاي ضدبارداري حاوي استروژن استفاده ميكنيد يا تحت هورموندرماني هستيد، فشار خونتان را مرتب كنترل كنيد.
عارضة هراس از روپوشسفيد: بعضي از افراد فقط هنگامي كه براي كنترل فشار خون نزد پزشك يا مراقب بهداشت ميروند دچار پرفشاري خون ميشوند. اين عارضه هراس از روپوشسفيد (white coat hypertension) ناميده ميشود. اگر مراقب بهداشت يا پزشك شما متوجه اين وضعيت در شما شد، بايد از دستگاه فشار خون سيار براي كنترل صحيح فشار خونتان استفاده كنيد. اين دستگاه به مدت 24 ساعت به شما وصل است و فشار خون صحيح را نشان ميدهد.
دستگاههاي اندازهگيري فشار خون انواع متفاوتي دارد كه ميتوانيد آن را از داروخانهها و فروشگاههاي تجهيزات پزشكي تهيه كنيد. پزشك يا مراقب بهداشت نحوة استفاده از اين دستگاهها را به شما آموزش ميدهد. ميتوانيد دربارة نوع دستگاه فشار خون مناسب نيز با او مشورت كنيد. اگر فشار خونتان را در خانه كنترل ميكنيد، نتيجه را بهخاطر بسپاريد تا در صورت لزوم به پزشك يا مراقب بهداشت اطلاع دهيد.
اثر هورمونهاي زنانه بر فشار خون: استروژن موجود در قرصهاي ضد بارداري يا مقداري از اين هورمون كه در روند هورموندرماني وارد بدن ميشود ممكن است بر فشار خون تأثير بگذارد. گاه در افرادي كه از قرصهاي ضد بارداري استفاده ميكنند مقدار مختصري پرفشاري خون مشاهده ميشود. اگر اين اتفاق افتاد ميتوان از پزشك كسب تكليف كرد. سن 35 سال و بالاتر، مدت مصرف طولاني داروي هورموني، و كشيدن سيگار خطر ابتلا به پرفشاري خون را در زناني كه قرصهاي ضد بارداري مصرف ميكنند افزايش ميدهد. در صورت استفاده از اين قرصها، فشار خونتان را مرتب اندازه بگيريد و اگر به پرفشاري خون مبتلاييد، با پزشكتان مشورت كنيد تا روش ديگري را براي جلوگيري از بارداري (بهغير از قرص) به شما پيشنهاد كند.
پرفشاري خون در دوران بارداري: بعضي از زنان در دوران بارداري دچار پرفشاري خون ميشوند كه ممكن است پس از تولد كودكشان باقي بماند. اين وضعيت «فشار خون بارداري» (gestational hypertension) ناميده ميشود. زناني كه قبل از بارداري پرفشاري خون داشتهاند بيشتر مستعد ابتلا به بيماريهايي نظير مسموميت بارداري، شامل پرهاكلامپسي (Preeclampsia) و توكسمي (Toxemia)، هستند كه ممكن است جان مادر و جنين، هر دو، را بهخطر بيندازد. اگر قصد داريد بچهدار شويد و مبتلا به پرفشاري خون هستيد، حتماً با پزشك يا مراقب بهداشت خود مشورت كنيد. مراقبتهاي قبل از زايمان براي شما بسيار مفيد است.
متأسفانه هيچ آزمون اوليهاي براي پيشبيني يا تشخيص مسموميت بارداري وجود ندارد. علائم مهم مسموميت بارداري پرفشاري خون و دفع پروتئين از ادرار است. ساير علائم عبارتاند از: سردردهاي مكرر، تاري ديد، حساسيت به نور، و درد شكم. اين علائم ممكن است در اختلالاتي ديگر و حتي يك بارداري طبيعي نيز ظاهر شود. مراجعة مرتب به پزشك كمك ميكند تا با اندازهگيري فشار خون و سطح پروتئين ادرار مسموميت بارداري بهسرعت تشخيص داده شود. زناني كه پيش از بارداري پرفشاري خون مزمن داشتهاند؛ زناني كه در بارداري قبلي دچار پرفشاري خون يا مسموميت بارداري شدهاند؛ زنان چاق؛ زنان باردار بالاي 40 سال و زير 20 سال؛ و زنان مبتلا به ديابت، بيماريهاي كليوي، آرتريت روماتوئيد، لوپوس و اسكلرودرمي (بيماريهاي مزمن و عودكنندة اتوايميون) در مقايسه با ساير زنان بيشتر در معرض خطر ابتلا به مسموميت بارداري هستند. بنابراين، قبل از باردار شدن:
1. مطمئن شويد فشار خونتان تحت كنترل است. تغيير شيوة زندگي با كاهش دادن نمك مصرفي، انجام دادن مرتب تمرينات ورزشي و كاهش وزن، درصورتيكه اضافه وزن داريد، مفيد است.