الانضغاط (الفيزياء)
في علم الميكانيكا ، يُعرف الانضغاط بأنه تطبيق قوى متوازنة داخلية (دافعة) على نقاط مختلفة في مادة أو هيكل ، أي قوى ليس لها محصلة أو عزم دوران موجهة لتقليل حجمها في اتجاه واحد أو أكثر. [ 1 ] ويُقابله الشد أو الجر، وهما تطبيق قوى متوازنة خارجية (ساحبة)، وقوى القص ، الموجهة لإزاحة طبقات المادة بشكل متوازٍ. وتُعد مقاومة الانضغاط للمواد والهياكل من الاعتبارات الهندسية الهامة.
في الضغط أحادي المحور ، تتجه القوى في اتجاه واحد فقط، بحيث تعمل على تقليل طول الجسم في ذلك الاتجاه. [ 2 ] يمكن أيضًا تطبيق قوى الضغط في اتجاهات متعددة؛ على سبيل المثال، إلى الداخل على طول حواف الصفيحة أو على كامل السطح الجانبي للأسطوانة ، لتقليل مساحتها ( الضغط ثنائي المحور )، أو إلى الداخل على كامل سطح الجسم، لتقليل حجمه .
من الناحية الفنية، تكون المادة تحت حالة ضغط، عند نقطة محددة وعلى طول اتجاه محدد.، إذا كان المكون العمودي لمتجه الإجهاد عبر سطح ذي اتجاه عموديموجهة في الاتجاه المعاكس لـإذا كان متجه الإجهاد نفسه معاكساً لـيقال إن المادة تخضع لضغط عادي أو إجهاد ضغط نقي على طولفي المواد الصلبة ، تعتمد كمية الانضغاط عمومًا على الاتجاه.وقد تتعرض المادة للضغط في بعض الاتجاهات وللشد في اتجاهات أخرى. إذا كان متجه الإجهاد ضغطًا بحتًا وله نفس المقدار في جميع الاتجاهات، يُقال إن المادة تخضع لضغط متساوي الخواص ، أو ضغط هيدروستاتيكي ، أو ضغط حجمي . وهذا هو النوع الوحيد من الضغط الساكن الذي تتحمله السوائل والغازات . [ 3 ] ويؤثر هذا الضغط على حجم المادة، كما يُقاس بمعامل الحجم والانفعال الحجمي .
وتسمى العملية العكسية للضغط بالتمدد أو التمدد ، حيث يكبر الجسم أو يزداد حجمه.
في الموجة الميكانيكية ، وهي موجة طولية ، يتم إزاحة الوسط في اتجاه الموجة، مما يؤدي إلى مناطق من الضغط والتخلخل .
الآثار
عند تعرض أي مادة للضغط (أو أي نوع آخر من الإجهاد)، فإنها ستعاني من تشوه ما ، حتى وإن كان غير محسوس، مما يؤدي إلى تغيير متوسط المواضع النسبية لذراتها وجزيئاتها. قد يكون هذا التشوه دائمًا، أو قد ينعكس عند زوال قوى الضغط. في الحالة الأخيرة، يُولّد التشوه قوى رد فعل تُعاكس قوى الضغط، وقد تُوازنها في نهاية المطاف. [ 4 ]
لا تتحمل السوائل والغازات ضغطًا أحادي المحور أو ثنائي المحور ثابتًا، إذ تتشوه فورًا وبشكل دائم، ولا توفر أي قوة رد فعل دائمة. مع ذلك، يمكنها تحمل الضغط المتساوي الخواص ، وقد تتعرض للضغط بطرق أخرى مؤقتًا، كما في الموجات الصوتية .
تنكمش جميع المواد العادية في الحجم عند تعرضها لضغط متساوي الخواص، وفي مساحة المقطع العرضي عند تعرضها لضغط ثنائي المحور منتظم، وفي الطول عند تعرضها لضغط أحادي المحور. قد لا يكون التشوه منتظمًا، وقد لا يكون متوافقًا مع قوى الضغط. أما ما يحدث في الاتجاهات التي لا يوجد فيها ضغط، فيعتمد على نوع المادة. [ 4 ] تتمدد معظم المواد في تلك الاتجاهات، لكن بعض المواد الخاصة تبقى دون تغيير أو حتى تنكمش. وبشكل عام، تُعد العلاقة بين الإجهاد المُطبق على المادة والتشوه الناتج موضوعًا محوريًا في ميكانيكا الأوساط المتصلة .
الاستخدامات
إن ضغط المواد الصلبة له العديد من الآثار في علم المواد والفيزياء والهندسة الإنشائية ، لأن الضغط ينتج عنه كميات ملحوظة من الإجهاد والتوتر .
من خلال إحداث الضغط، يمكن قياس الخصائص الميكانيكية مثل قوة الضغط أو معامل المرونة . [ 5 ]
تتراوح آلات الضغط من أنظمة صغيرة جدًا توضع على سطح الطاولة إلى أنظمة ذات سعة تزيد عن 53 ميجا نيوتن.
تُخزّن الغازات وتُشحن عادةً مضغوطةً للغاية لتوفير المساحة. كما يُستخدم الهواء المضغوط قليلاً أو غازات أخرى لملء البالونات والقوارب المطاطية وغيرها من الهياكل القابلة للنفخ . وتُستخدم السوائل المضغوطة في المعدات الهيدروليكية وفي عمليات التكسير الهيدروليكي .
في المحركات
محركات الاحتراق الداخلي
في محركات الاحتراق الداخلي، يُضغط المزيج المتفجر قبل إشعاله؛ ويُحسّن هذا الضغط كفاءة المحرك. ففي دورة أوتو ، على سبيل المثال، تُؤثر الشوطة الثانية للمكبس على ضغط الشحنة التي سُحبت إلى داخل الأسطوانة بواسطة الشوطة الأمامية الأولى. [ 6 ]
محركات البخار
يُطلق هذا المصطلح على آلية إغلاق صمام العادم في محرك البخار ، مما يؤدي إلى إغلاق جزء من بخار العادم في الأسطوانة قبل اكتمال شوط المكبس. ومع اكتمال الشوط، ينضغط هذا البخار، مُشكلاً وسادةً يضغط عليها المكبس أثناء انخفاض سرعته بسرعة، وبالتالي تقل الإجهادات في الآلية الناتجة عن قصور الأجزاء المترددة. [ 7 ] علاوة على ذلك، يمنع هذا الضغط الصدمة التي قد تحدث عند دخول البخار الجديد لشوط العودة.
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ فرديناند بيير بير، إلوود راسل جونستون، جون تي. دي وولف (1992)، "ميكانيكا المواد". (كتاب) ماكجرو هيل بروفيشنال، رقم ISBN 0-07-112939-1
- ↑ إركنز، ساندرا وبوت، م. اختبار الضغط أحادي المحور. جامعة دلفت للتكنولوجيا. (1998). رقم التقرير: 7-98-117-4.
- ↑ رونالد ل. هيوستن وهارولد جوزيفس (2009)، "التحليل العملي للإجهاد في التصميم الهندسي". الطبعة الثالثة، دار نشر سي آر سي، 634 صفحة. ISBN 9781574447132
- 1 2 فونغ، واي سي (1977). دورة تمهيدية في ميكانيكا الأوساط المتصلة (الطبعة الثانية). برنتيس هول، إنك. ISBN 978-0-13-318311-5.
- ^ هارتسويجكر، سي. ويلمان، جي دبليو (2001). الميكانيكا الهندسية. المجلد 2. سبرينغر. ردمك 978-1-4020-412
- ↑ هيوود، جون (2018-05-01). أساسيات محركات الاحتراق الداخلي، الطبعة الثانية . ماكجرو هيل بروفيشنال. رقم ISBN 978-1-260-11611-3.
- ↑ وايزر، ويندل هـ. (2000). موارد الطاقة: وجودها، إنتاجها، تحويلها، استخدامها . بيركهاوزر. ص 190. ISBN 978-0-387-98744-6.
- ميكانيكا الأوساط المتصلة
- الهندسة الميكانيكية