قوة تدرج الضغط

في ميكانيكا الموائع ، تُعرف قوة تدرج الضغط بأنها القوة الناتجة عن اختلاف الضغط عبر سطح ما. وبشكل عام، يُعرَّف الضغط بأنه القوة المؤثرة على وحدة المساحة عبر سطح ما. وبالتالي، فإن اختلاف الضغط عبر سطح ما يستلزم اختلافًا في القوة، مما قد يؤدي إلى تسارع وفقًا لقانون نيوتن الثاني للحركة ، في حال عدم وجود قوة إضافية تعادله. وتكون القوة الناتجة دائمًا موجهة من منطقة الضغط الأعلى إلى منطقة الضغط الأقل. عندما يكون المائع في حالة اتزان (أي لا توجد قوى محصلة ولا تسارع)، يُشار إلى النظام بأنه في حالة اتزان هيدروستاتيكي . في حالة الغلاف الجوي ، تتوازن قوة تدرج الضغط مع قوة الجاذبية ، مما يحافظ على الاتزان الهيدروستاتيكي. في الغلاف الجوي للأرض ، على سبيل المثال، ينخفض ​​ضغط الهواء على ارتفاعات أعلى من سطح الأرض، مما يُولِّد قوة تدرج ضغط تُعاكس قوة الجاذبية المؤثرة على الغلاف الجوي.

تأثير ماغنوس ظاهرة مرئية ترتبط عادةً بجسم دوار يتحرك في سائل . ينحرف مسار الجسم الدوار بطريقة لا تحدث عندما يكون الجسم ساكنًا. يُعزى هذا الانحراف إلى اختلاف ضغط السائل على جانبي الجسم الدوار. ويعتمد تأثير ماغنوس على سرعة الدوران.

لنفترض وجود كتلة مكعبة من سائل بكثافة${\displaystyle \rho }$، ارتفاع${\displaystyle dz}$ومساحة سطحية${\displaystyle dA}$يمكن التعبير عن كتلة الطرد على النحو التالي:${\displaystyle m=\rho \,dA\,dz}$باستخدام قانون نيوتن الثاني،${\displaystyle F=ma}$ثم يمكننا فحص فرق الضغط${\displaystyle dP}$(يفترض أن يكون ذلك فقط في${\displaystyle z}$لإيجاد القوة الناتجة (في اتجاه معين)،${\displaystyle F=-dP\,dA=\rho a\,dA\,dz}$.

وبالتالي، يكون التسارع الناتج عن تدرج الضغط كما يلي: $${\displaystyle a=-{\frac {1}{\rho }}{\frac {dP}{dz}}.}$$

عادةً ما تُعبّر تأثيرات تدرج الضغط بهذه الطريقة، من حيث التسارع، بدلاً من القوة. ويمكننا التعبير عن التسارع بدقة أكبر، بالنسبة للضغط العام.${\displaystyle P}$مثل، $${\displaystyle {\vec {a}}=-{\frac {1}{\rho }}{\vec {\nabla }}P.}$$

وبالتالي فإن اتجاه القوة الناتجة (التسارع) يكون في الاتجاه المعاكس لأسرع زيادة في الضغط.

• رولاند ب. ستول (2000) علم الأرصاد الجوية للعلماء والمهندسين ، الطبعة الثانية، تحرير بروكس/كول، رقم ISBN 0-534-37214-7.