لوله پیتوت (Pitot Tube)

لوله پیتوت یکی از دقیق ترین روش های اندازه گیری سرعت میباشد . از لوله های پیتوت ، برای اندازه گیری سرعت و فشارهای موضعی سیال استفاده می‌شود . همچنین از آن ها برای اندازه گیری دبی سیالات برای آزمایش ها ، مطالعات تحقیقاتی و کاربردهای مشابه استفاده می‌شود . نوع خاصی از لوله های پیتوت برای اندازه گیری سرعت در هواپیما استفاده می شود .

اساسا یک لوله پیتوت با تعیین اختلاف بین فشار کل و یا فشار ضربه ای Impact Pressure  و فشار استاتیک ، اندازه گیری سرعت و دبی را انجام می‌دهد . اختلاف فشارهای مذکور که فشار سینتیک نامیده می شود ، به وسیله ی رابطه ای که از قانون برنولی بدست می آید با سرعت ارتباط پیدا می کند . پس برای پیدا کردن فشار دینامیکی ( جنبشی ) و در نتیجه بدست آوردن سرعت در نقطه ی معینی از خطوط جریان سیال ، ضروری است تا اختلاف بین فشار استاتیک و فشار کل ( فشار ضربه ای ) مشخص شود . فشار کل به وسیله ی لوله ی فشار کل  یا لوله فشار Pressure Tube  اندازه گرفته می‌شود. لوله فشار به صورتی نصب می شود که سطح دهانه ی آن روبروی خطوط جریان سیال قرار گیرد و فشار استاتیک به وسیله ی یک یا چند مجرا که در جداره ی لوله عبور سیال تعبیه شده اندازه گیری می‌شود .

از آن جایی که سرعت سیال در یک نقطه ی معین با استفاده از اختلاف فشار (P_t – P_s) بدست می آید، در سر لوله های حس کننده فشار کل و استاتیک باید به یک ستون مایع فشار پایین Liquid – Column Low Pressure  و یا به یک مانومتر اختلاف فشارسنج متصل گردند . برای این کار میزان بالا رفتن سطح مایع ، تحت تاثیر نیروی وارده از سیال تعیین می شود .

به طور ساده تر می‌توان گفت :

به طور کلی، لوله پیتوت ابزاری است که برای اندازه گیری سرعت سیال مایعات و گازهایی که در مسیر جریان قرار دارند استفاده می شود و بر اساس قانون اصل برنولی کار می‌کند. طبق قانون برنولی فشار با افزایش سرعت یا سرعت سیال عامل تغییر می کند.

سیال به تنهایی بر محیط خود فشار وارد می کند که از آن به عنوان فشار ساکن یاد می شود. فشار استاتیک زمانی که سرعت سیال صفر باشد حداکثر است.

ساختمان لوله پیتوت

لوله پیتو یک لوله استوانه ای است که یک طرف آن باز و طرف دیگر بسته است. بخش ساختمانی لوله پیتوت شامل دو لوله توخالی برای تشخیص فشار در مناطق یا مکان های مختلف است. این لوله های توخالی را می توان به صورت جداگانه در یک لوله نصب کرد یا با هم در یک محفظه که به عنوان یک دستگاه در نظر گرفته می شود نصب کرد.

سیال از طریق دهانه ورودی وارد می شود و این امکان وجود دارد که دو منفذ اضافی در لوله Pitot وجود داشته باشد که به عنوان منابع فشار ساکن عمل می کنند. یک لوله فشار سنج یا فشار ضربه را تشخیص می دهد و لوله دیگر فقط فشار ساکن را اساساً در دیواره لوله تشخیص می دهد.

جهت لوله پیتوت که برای اندازه گیری فشار استاتیکی استفاده می شود باید عمود بر مرز نصب شود که منجر به یک مانع شفاف شود.

کار لوله پیتوت

هنگامی که سیال عامل از طریق خط لوله جریان می یابد و در این مکان باقی می ماند. در اینجا سیال در یک محفظه جریان پیدا می کند و محفظه دیگر لوله با سیالی که فشار ثابتی دارد که توسط دیافراگم جدا شده است پر می شود. تغییر سطح بین مایع در لوله و همچنین سطح آزاد برای تعیین فشار دینامیکی استفاده می شود. سرعت جریان و در نتیجه نرخ جریان با اندازه گیری ضربه و فشار استاتیک در حالی که به اختلاف فشار مناسب کوپل می شود، تعیین می شود.

مزایای لوله پیتوت

لوله پیتوت قابل حمل و به صرفه است.

نصب آن آسان است و به طور مداوم در شرایط مختلف محیطی دقت را ارائه می دهند.

آنها از نظر دوام از چندین ابزار اندازه گیری سیال دیگر بیشتر هستند.

معایب لوله پیتوت

دقت و برد پایینی دارند.

ذرات عجیب موجود در یک مایع می توانند به راحتی لوله پیتو را مسدود کرده و خواندن منظم را قطع کنند.

منبع:

automationforum.co

محسابه فشار در شاره‌ها

فشار مایعات
فشار ناشی از مایعات دارای ویژگی های بسیار جالب و متفاوت با گازها و جامدات است.
* فشار ناشی از مایع فقط به چگالی و ارتفاع مایع از سطح آزاد آن بستگی دارد. P = p gh
* فشار درون مایع می تواند مربوط به نیروی وزن مایع و نیروی عمودی عکس العمل دیواره ی آن باشد.
* مایعات بر اثر فشاری که ایجاد می کنند به هر سطحی درون خود نیروی عمودی وارد می کنند.

محسابه فشار در شاره‌ها

مطابق شکل زیر بخشی از شاره به ارتفاع h نشان داده شده است که بین دو سطح فرضی A قرار دارد. نیروهای در راستای قائم که بر این بخش از شاره وارد می شود در شکل نشان داده شده است.

چون شاره در حال تعادل است، نیروها متوازن اند و برایند آنها صفر است. بنابراین برای نیروهای در راستای قائم قانون دوم نیوتون را می‌نویسیم. همچنین به جای F می‌توان با توجه به رابطه فشار بنویسیم P×A. به جای m نیز از رابطه چگالی می‌توان نوشت v × ρ. و در آخر از طرفین رابطه A را حذف کنیم، رابطه فشار در شاره ها به صورت زیر نوشته می شود:

حال اگر همانند شکل زیر بخواهیم فشار در شاره ها را از سطح شاره تا نقطه ای در عمق h از آن بیابیم باید به جای P_۱ از P_۰ فشار هوای وارد بر سطح شاره استفاده کنیم.

بنابراین داریم :

به رابطه فوق فشار کل یا فشار مطلق گفته می‌شود.

فشار در سطح دریای آزاد، حدود ۱۰^۵× ۱/۰۱۳ پاسکال (Pa) است و که به آن یک اتمسفر (۱atm) می‌گوییم.
رابطه فشار کل به ما نشان می‌دهد که فشار در عمق  h از سطح شاره، به اندازه ρgh از فشار  P_۰ در سطح شاره بیشتر است.

هر دو رابطه P و P_۰ برای همه شاره های ساکن و در حال تعادل کاربرد دارد؛ یعنی هم برای مایع ها و هم برای گازها می‌توان از آن استفاده کرد.

برای درک بهتر به مثال زیر توجه کنید.

اختلاف فشار در دو نقطه دلخواه از یک شاره

برای محاسبه اختلاف فشار در شاره ها مانند اختلاف فشار آب در عمق های متفاوت و یا اختلاف فشار هوای بالا و پایین یک ساختمان می‌توان از رابطه زیر استفاده کرد :

اکنون به مثال زیر توجه کنید.

نکت: اگر فشار هوا روی سطح بالایی مایع داده شود و فشار وارد بر ته مایع خواسته باشند باید فشار هوا را بـه فـشار مـایع
اضاف کرد.

فشار در شاره ها

وقتی شاره ای (مایع یا گاز) ساکن است، به هر سطحی که با آن در تماس باشد، مانند جداره یک ظرف یا سطح جسمی که در شاره غوطه ور است، نیرویی عمودی وارد می کند. شکل های زیر را ببینید.

در شکل (الف) ​برخورد​مولکول​‌های​‌هوای​ درون​ لاستیک​ به ​سطح ​داخلی ​آن ​سبب ​ایجاد​ نیروی​ عمودی ​می شود.

در تصویر ​(ب)​ به ​هر ​نقطه ​از ​سطح​ جسم ​غوطه ​ور ​در ​شاره ​(آب) ​نیرویی ​عمودی​ وارد​می ​شود​.

این همان نیرویی است که وقتی پاهای خود را درون یک استخر آب تکان می دهید احساس می کنید که پاهای شما را فشار می دهد و یا هنگام شنا در زیر آب، این فشار را بر روی پرده گوش خود احساس می کنید. با وجود اینکه شاره به عنوان یک کل ساکن است، مولکول های آن در حال حرکت اند؛ نیرویی که توسط شاره وارد می شود ناشی از برخورد مولکول ها با اطراف آن است.

گازها نیز فشار وارد می‌کنند. مثلا، هوای موجود در اتمسفر. فشاری که از طرف هوای اطرافمان به دلیل وزن اتمسفر بر بدن ما وارد می‌شود، به طور عجیبی زیاد است. اما چرا آن را احساس نمی‌کنیم؟

دلیل اینکه ما متوجه آن نمی‌شویم، این است که فشار اتمسفر همیشه وجود دارد و ما تنها تغییرات در فشار را متوجه می‌شویم. مانند زمانی که به ارتفاع بالایی برویم مااند بالای کوه و یا در هواپیما و یا زمانی که به زیر آب در استخر برویم.

در سطح دریای آزاد فشار هوا تقریبا برابر یک اتمسفر (۱atm) یا ۱۰^۵*۱/۰۱۳ پاسکال است. پس ما در سطح دریا بیشترین فشار هوا را تجربه می‌کنیم. حال هر چه به سمت ارتفاعات برویم، فشار هوا کاهش می‌یابد.

فشار

فشار در فیزیک به چه معناست؟

فشار در فیزیک به نیرویی اشاره دارد که به صورت عمودی بر روی یک سطح یا شیء عمل می‌کند. این نیرو می‌تواند به صورت فشار جوی، فشار سطحی یا فشار داخلی در یک ماده باشد و معمولاً با واحد پاسکال (Pa) یا بار (N/m^۲) اندازه گیری می‌شود.

یک مثال از فشار می‌تواند فشار جوی باشد که توسط هوا بر روی سطح زمین و اشیاء در معرض آن عمل می‌کند. این فشار به صورت متغیری است که با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد.

فشار در زندگی انسان و دنیای پیرامونش یک نقش بسیار مهم دارد. یکی از کاربردهای جالب فشار، در زمینه فیزیک پزشکی است. به عنوان مثال، فشار خون یکی از نقش‌های حیاتی در حفظ سلامتی انسان دارد.

کاربرد در پزشکی: فشار خون

فشار خون، که اندازه‌گیری فشار خون انجام می‌شود، یکی از پارامترهای حیاتی است که نشان‌دهندهٔ فشاری است که خون بر دیواره‌های عروق خونی دارد. دو عدد به عنوان فشار خون اندازه گیری می‌شود: فشار خون سیستولیک (فشار خون در زمان انقباض قلب) و فشار خون دیاستولیک (فشار خون در زمان ارتخاء قلب). این دو پارامتر به طور مستقیم با عملکرد قلب و عروق خونی مرتبط هستند.

کاربرد در دیگر حوزه‌ها

علاوه بر پزشکی، فشار در زندگی در زمینه‌های مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، در صنایع و مهندسی، اندازه‌گیری فشار در فرایندهای تولید و تکنولوژی‌های مختلف از اهمیت بسزایی برخوردار است. همچنین در معماری و طراحی سازه‌ها، در نقشه‌کشی و طراحی ماشین‌آلات، بهینه‌سازی فشارها جهت ایمنی و عملکرد بهتر اجزای سازنده نقش مهمی دارد.

رابطه با فیزیک

فشار نیز یکی از موارد مهم در فیزیک است. از فرمول پایش فشار آلودگی در سیستم‌های فیزیکی، گازهای روی یا مایعات بهره می‌برند. در زمینه‌های مختلف فیزیکی، از جمله دینامیک سیالات و مکانیک، مفاهیم فشار به عنوان یک متغیر حیاتی در توصیف رفتار مواد استفاده می‌شود.

به طور کلی، فشار در زندگی انسان و دنیای اطرافش، یکی از مفاهیم مهم و گسترده است که در تمامی حوزه‌های علمی و صنعتی بسیاری کاربردها دارد.

منبع:

• Hall, John E. “Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology.” Elsevier, 2015.

خرس قطبی فیزیکدان!

خرس‌های قطبی فیزیکدان نیستند اما از فیزیک در زندگی خود بهره می‌برند.

آن‌ها به این موضوع پی برده‌اند که اگر روی یخ‌ها دراز بکشند، و وزنشان را روی سطح بیشتری اعمال کنند، فشار کمتر شده و احتمال شکستن یخ‎‌ها کمتر می‌شود.

در صورتی که ویدیو برای شما پخش نشد، با استفاده از لینک‌های زیر می‌توانید ویدیو را دانلود کرده و سپس تماشا کنید.

لینک ۱:

لینک ۲: