அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பு

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பு#

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்தி என்பது நெருக்கமாக தொடர்புடைய இரண்டு அடிப்படைப் பொருண்மைப் பண்புகள் ஆகும். அழுத்தம் என்பது ஒரு பொருளால் செலுத்தப்படும் ஓரலகு பரப்பளவிற்கான விசையாகும், அதே நேரத்தில் அடர்த்தி என்பது ஒரு பொருளின் ஓரலகு கனஅளவிற்கான நிறையாகும். இந்தக் கட்டுரையில், அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பை ஆராய்ந்து, அவை ஒன்றையொன்று எவ்வாறு பாதிக்கின்றன என்பதைப் பற்றி விவாதிப்போம்.

அழுத்தத்தைப் புரிந்துகொள்வது#

அழுத்தம் என்பது ஒரு பொருளால் ஓரலகு பரப்பளவிற்கு செலுத்தப்படும் விசையின் அளவீடு ஆகும். இது பொதுவாக பாஸ்கல் (Pa) அல்லது வளிமண்டலங்கள் (atm) என்னும் அலகுகளில் அளவிடப்படுகிறது. ஒரு பொருளின் எடை, ஒரு பொருளின் இயக்கம் அல்லது துகள்களுக்கிடையேயான தொடர்பு ஆகியவற்றால் அழுத்தம் ஏற்படலாம்.

அடர்த்தியைப் புரிந்துகொள்வது#

அடர்த்தி என்பது ஒரு பொருளின் ஓரலகு கனஅளவிற்கான நிறையின் அளவீடு ஆகும். இது பொதுவாக கிலோகிராம் ஒரு கன மீட்டருக்கு (kg/m³) என்னும் அலகுகளில் அளவிடப்படுகிறது. அடர்த்தி என்பது ஒரு பொருளின் துகள்கள் எவ்வளவு இறுக்கமாக நிரம்பியுள்ளன என்பதற்கான அளவீடு ஆகும்.

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பு#

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பை மிதவைக் கோட்பாட்டின் மூலம் புரிந்துகொள்ளலாம். மிதவை என்பது ஒரு பகுதியாக அல்லது முழுமையாக மூழ்கியுள்ள ஒரு பொருளின் எடையை எதிர்க்கும் ஒரு பாய்மத்தால் செலுத்தப்படும் மேல்நோக்கி விசையாகும்.

ஒரு பொருள் ஒரு பாய்மத்தில் வைக்கப்படும் போது, அந்தப் பாய்மம் அப்பொருளின் மீது மேல்நோக்கி விசையைச் செலுத்துகிறது. இந்த விசை, அப்பொருளால் இடம்பெயர்க்கப்பட்ட பாய்மத்தின் எடைக்குச் சமமாக இருக்கும். பொருள் பாய்மத்தை விட அடர்த்தியாக இருந்தால், அது மூழ்கும். பொருள் பாய்மத்தை விட குறைந்த அடர்த்தியுடன் இருந்தால், அது மிதக்கும்.

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பை பின்வரும் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கணித ரீதியாக வெளிப்படுத்தலாம்:

$$ P = ρgh $$

இதில்:

• P என்பது அழுத்தம்
• ρ என்பது அடர்த்தி
• g என்பது ஈர்ப்பு விசையால் ஏற்படும் முடுக்கம்
• h என்பது பாய்மத்தின் உயரம்

இந்தச் சமன்பாடு, அழுத்தம் அடர்த்தி மற்றும் உயரத்திற்கு நேர்விகிதத்தில் உள்ளது என்பதைக் காட்டுகிறது. அதாவது, ஒரு பாய்மத்தின் அடர்த்தி அதிகரிக்கும்போது, அழுத்தமும் அதிகரிக்கிறது. இதேபோல், ஒரு பாய்மத்தின் உயரம் அதிகரிக்கும்போது, அழுத்தமும் அதிகரிக்கிறது.

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பின் பயன்பாடுகள்#

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பு பல்வேறு துறைகளில் பல பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது. சில எடுத்துக்காட்டுகள்:

• நீர்நிலையியல்: ஓய்வில் உள்ள பாய்மங்களின் நடத்தையைப் பற்றிய ஆய்வு.
• நீரியக்கவியல்: இயக்கத்தில் உள்ள பாய்மங்களின் நடத்தையைப் பற்றிய ஆய்வு.
• கடலியல்: கடல்கள் மற்றும் அவற்றின் பண்புகள் பற்றிய ஆய்வு.
• வானிலையியல்: வளிமண்டலம் மற்றும் அதன் பண்புகள் பற்றிய ஆய்வு.
• பொறியியல்: அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்தி மாற்றங்களைத் தாங்கக்கூடிய கட்டமைப்புகளின் வடிவமைப்பு மற்றும் கட்டுமானம்.

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்தி என்பது நெருக்கமாக தொடர்புடைய இரண்டு அடிப்படைப் பொருண்மைப் பண்புகள் ஆகும். அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பை மிதவைக் கோட்பாட்டின் மூலம் புரிந்துகொள்ளலாம். இந்தத் தொடர்பு நீர்நிலையியல், நீரியக்கவியல், கடலியல், வானிலையியல் மற்றும் பொறியியல் உள்ளிட்ட பல்வேறு துறைகளில் பல பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது.

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பு வரைபடம்#

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்தி என்பது பொருண்மையின் இரண்டு முக்கியமான இயற்பியல் பண்புகள் ஆகும். அழுத்தம் என்பது ஒரு பாய்மத்தால் செலுத்தப்படும் ஓரலகு பரப்பளவிற்கான விசையாகும், அதே நேரத்தில் அடர்த்தி என்பது ஒரு பொருளின் ஓரலகு கனஅளவிற்கான நிறையாகும். இந்தக் கட்டுரையில், அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பை ஆராய்ந்து, அது வரைபட ரீதியாக எவ்வாறு குறிப்பிடப்படலாம் என்பதைப் பார்ப்போம்.

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்தி#

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்தி நிலைச் சமன்பாட்டின் மூலம் தொடர்புடையவை, இது ஒரு பாய்மத்தின் அழுத்தம் அதன் அடர்த்திக்கு நேர்விகிதத்தில் உள்ளது எனக் கூறுகிறது. அதாவது, ஒரு பாய்மத்தின் அடர்த்தி அதிகரிக்கும்போது, அதன் அழுத்தமும் அதிகரிக்கிறது. மாறாக, ஒரு பாய்மத்தின் அடர்த்தி குறையும்போது, அதன் அழுத்தமும் குறைகிறது.

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பை ஒரு அழுத்தம்-அடர்த்தி வரைபடத்தைப் பயன்படுத்தி வரைபட ரீதியாகக் குறிப்பிடலாம். ஒரு அழுத்தம்-அடர்த்தி வரைபடம் என்பது y-அச்சில் ஒரு பாய்மத்தின் அழுத்தத்தையும், x-அச்சில் அதன் அடர்த்தியையும் காட்டும் வரைபடமாகும். ஒரு அழுத்தம்-அடர்த்தி வரைபடத்தின் சாய்வானது, அப்பாய்மத்தின் பருமக் குணகத்திற்குச் சமமாக இருக்கும், இது அதன் அமுக்கத்திற்கான எதிர்ப்பின் அளவீடு ஆகும்.

வாயுவின் அழுத்தம்-அடர்த்தி வரைபடம்#

ஒரு வாயுவின் அழுத்தம்-அடர்த்தி வரைபடம் நேர்மறை சாய்வுடன் கூடிய ஒரு நேர்கோடு ஆகும். ஏனெனில் வாயுக்கள் அமுக்கக்கூடியவை, அதாவது அவற்றின் அழுத்தம் அதிகரிக்கும்போது அவற்றின் அடர்த்தியும் அதிகரிக்கிறது. ஒரு வாயுவின் அழுத்தம்-அடர்த்தி வரைபடத்தின் சாய்வானது, வாயு மாறிலிக்குச் சமமாக இருக்கும், இது வாயு மூலக்கூறுகளின் சராசரி இயக்க ஆற்றலின் அளவீடு ஆகும்.

நீர்மத்தின் அழுத்தம்-அடர்த்தி வரைபடம்#

ஒரு நீர்மத்தின் அழுத்தம்-அடர்த்தி வரைபடமும் ஒரு நேர்கோடுதான், ஆனால் வாயுவை விட மிகவும் செங்குத்தான சாய்வுடன் கூடியது. ஏனெனில் நீர்மங்கள் வாயுக்களை விட மிகவும் குறைவாக அமுக்கக்கூடியவை. ஒரு நீர்மத்தின் அழுத்தம்-அடர்த்தி வரைபடத்தின் சாய்வானது, அந்த நீர்மத்தின் பருமக் குணகத்திற்குச் சமமாக இருக்கும், இது அதன் அமுக்கத்திற்கான எதிர்ப்பின் அளவீடு ஆகும்.

திண்மத்தின் அழுத்தம்-அடர்த்தி வரைபடம்#

ஒரு திண்மத்தின் அழுத்தம்-அடர்த்தி வரைபடம் ஒரு செங்குத்து கோடு ஆகும். ஏனெனில் திண்மங்கள் அமுக்கமற்றவை, அதாவது அவற்றின் அடர்த்தி அழுத்தத்துடன் மாறாது.

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பு இயற்பியலில் ஒரு முக்கியமான கருத்தாகும். இதை ஒரு அழுத்தம்-அடர்த்தி வரைபடத்தைப் பயன்படுத்தி வரைபட ரீதியாகக் குறிப்பிடலாம், இது ஒரு பாய்மத்தின் பருமக் குணகத்தைத் தீர்மானிக்கப் பயன்படுத்தப்படலாம்.

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பு சமன்பாடு#

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்தி என்பது பொருண்மையின் இரண்டு முக்கியமான இயற்பியல் பண்புகள் ஆகும். அழுத்தம் என்பது ஒரு பாய்மத்தால் செலுத்தப்படும் ஓரலகு பரப்பளவிற்கான விசையாகும், அதே நேரத்தில் அடர்த்தி என்பது ஒரு பொருளின் ஓரலகு கனஅளவிற்கான நிறையாகும். இந்தக் கட்டுரையில், அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பை ஆராய்ந்து, இந்தத் தொடர்பை விவரிக்கும் சமன்பாட்டைப் பெறுவோம்.

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்தி#

அழுத்தம் என்பது ஓரலகு பரப்பளவிற்கு செலுத்தப்படும் விசையை அளவிடும் ஒரு திசையிலி அளவு ஆகும். இது பொதுவாக பாஸ்கல் (Pa) அலகுகளில் அளவிடப்படுகிறது, இங்கு 1 Pa என்பது 1 நியூட்டன் ஒரு சதுர மீட்டருக்கு (N/m²) சமமாகும். மறுபுறம், அடர்த்தி என்பது ஒரு பொருளின் ஓரலகு கனஅளவிற்கான நிறையை அளவிடும் ஒரு திசையிலி அளவு ஆகும். இது பொதுவாக கிலோகிராம் ஒரு கன மீட்டருக்கு (kg/m³) என்னும் அலகுகளில் அளவிடப்படுகிறது.

நிலைச் சமன்பாடு#

நிலைச் சமன்பாடு என்பது ஒரு பொருளின் அழுத்தம், அடர்த்தி மற்றும் வெப்பநிலை ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான தொடர்பை விவரிக்கும் ஒரு கணிதச் சமன்பாடு ஆகும். ஒரு வெப்ப இயக்கவியல் சீர்ம வாயுவிற்கு, நிலைச் சமன்பாடு பின்வருமாறு வழங்கப்படுகிறது:

$$ PV = nRT $$

இதில்:

• P என்பது வாயுவின் அழுத்தம்
• V என்பது வாயுவின் கனஅளவு
• n என்பது வாயுவின் மோல்களின் எண்ணிக்கை
• R என்பது வாயு மாறிலி
• T என்பது வாயுவின் வெப்பநிலை

வெப்ப இயக்கவியல் சீர்ம வாயு விதி#

வெப்ப இயக்கவியல் சீர்ம வாயு விதி என்பது வாயு சீர்மமாக உள்ளது என்று கருதும் நிலைச் சமன்பாட்டின் எளிமைப்படுத்தப்பட்ட பதிப்பாகும். ஒரு வெப்ப இயக்கவியல் சீர்ம வாயு என்பது வெப்ப இயக்கவியல் சீர்ம வாயு விதிக்கு ஏற்ப நடந்துகொள்ளும் ஒரு வாயுவாகும். வாயுவின் மோல்களின் எண்ணிக்கை மாறிலி மற்றும் வெப்பநிலை மாறிலி என்று கருதுவதன் மூலம் நிலைச் சமன்பாட்டிலிருந்து வெப்ப இயக்கவியல் சீர்ம வாயு விதியைப் பெறலாம். இது பின்வரும் சமன்பாட்டை நமக்குத் தருகிறது:

$$ P = ρRT $$

இதில்:

• P என்பது வாயுவின் அழுத்தம்
• ρ என்பது வாயுவின் அடர்த்தி
• R என்பது வாயு மாறிலி
• T என்பது வாயுவின் வெப்பநிலை

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பு குறித்த தீர்க்கப்பட்ட எடுத்துக்காட்டுகள்#

எடுத்துக்காட்டு 1:#

ஒரு ஸ்கூபா டைவர் கடல் மட்டத்திலிருந்து 20 மீட்டர் கீழே உள்ளார். கடல் நீரின் அடர்த்தி 1025 kg/m³ ஆகும். டைவரின் மீது உள்ள அழுத்தம் என்ன?

தீர்வு:

டைவரின் மீது உள்ள அழுத்தம் பின்வரும் சூத்திரத்தால் வழங்கப்படுகிறது:

$$P = \rho g h$$

இதில்:

• P என்பது பாஸ்கல்களில் (Pa) அழுத்தம்
• ρ என்பது கிலோகிராம் ஒரு கன மீட்டருக்கு (kg/m³) பாய்மத்தின் அடர்த்தி
• g என்பது மீட்டர் ஒரு வினாடி வர்க்கத்தில் (m/s²) ஈர்ப்பு விசையால் ஏற்படும் முடுக்கம்
• h என்பது மீட்டர்களில் (m) டைவரின் ஆழம்

கொடுக்கப்பட்ட மதிப்புகளை சூத்திரத்தில் பதிலிட, நாம் பெறுவது:

$$P = (1025 \text{ kg/m}^3)(9.8 \text{ m/s}^2)(20 \text{ m}) = 200,900 \text{ Pa}$$

எனவே, டைவரின் மீது உள்ள அழுத்தம் 200,900 Pa ஆகும்.

எடுத்துக்காட்டு 2:#

ஒரு வாயு சிலிண்டரின் கனஅளவு 10 லிட்டர் மற்றும் 25°C வெப்பநிலையில் 2 மோல்கள் வாயு உள்ளது. வாயுவின் மோலார் நிறை 28 g/mol ஆகும். சிலிண்டரின் உள்ளே உள்ள அழுத்தம் என்ன?

தீர்வு:

சிலிண்டரின் உள்ளே உள்ள அழுத்தத்தை வெப்ப இயக்கவியல் சீர்ம வாயு விதியைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடலாம்:

$$PV = nRT$$

இதில்:

• P என்பது பாஸ்கல்களில் (Pa) அழுத்தம்
• V என்பது கன மீட்டர்களில் (m³) வாயுவின் கனஅளவு
• n என்பது வாயுவின் மோல்களின் எண்ணிக்கை
• R என்பது வாயு மாறிலி (8.314 J/mol·K)
• T என்பது கெல்வின்களில் (K) வெப்பநிலை

வெப்பநிலையை டிகிரி செல்சியஸிலிருந்து கெல்வின்களாக மாற்ற, நாம் 273.15 ஐக் கூட்டுகிறோம்:

$$T = 25°\text{C} + 273.15 = 298.15 \text{ K}$$

கொடுக்கப்பட்ட மதிப்புகளை வெப்ப இயக்கவியல் சீர்ம வாயு விதியில் பதிலிட, நாம் பெறுவது:

$$P = \frac{nRT}{V} = \frac{(2 \text{ mol})(8.314 \text{ J/mol.K})(298.15 \text{ K})}{10 \text{ L}}$$

$$P = 50.6 \text{ atm}$$

எனவே, சிலிண்டரின் உள்ளே உள்ள அழுத்தம் 50.6 atm ஆகும்.

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பு குறித்த அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்#

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பு என்ன?#

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்தி என்பது பொருண்மையின் இரண்டு முக்கியமான இயற்பியல் பண்புகள் ஆகும். அழுத்தம் என்பது ஒரு பாய்மத்தால் செலுத்தப்படும் ஓரலகு பரப்பளவிற்கான விசையாகும், அதே நேரத்தில் அடர்த்தி என்பது ஒரு பொருளின் ஓரலகு கனஅளவிற்கான நிறையாகும். பொதுவாக, அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்தி ஒன்றுக்கொன்று நேர்விகிதத்தில் உள்ளன, அதாவது அழுத்தம் அதிகரிக்கும்போது, அடர்த்தியும் அதிகரிக்கிறது, மற்றும் நேர்மாறாகவும்.

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்தி ஏன் நேர்விகிதத்தில் உள்ளன?#

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான நேரடி விகிதாசாரத்தை ஒரு பாய்மத்தில் உள்ள துகள்களின் நடத்தையைக் கருத்தில் கொண்டு புரிந்துகொள்ளலாம். ஒரு பாய்மத்தின் மீது அழுத்தம் செலுத்தப்படும் போது, துகள்கள் ஒன்றுக்கொன்று நெருக்கமாகத் தள்ளப்படுகின்றன, இதன் விளைவாக அடர்த்தி அதிகரிக்கிறது. மாறாக, அழுத்தம் குறைக்கப்படும் போது, துகள்கள் மேலும் தொலைவில் நகரும், இதனால் அடர்த்தி குறைகிறது.

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பின் சில எடுத்துக்காட்டுகள் என்ன?#

அன்றாட வாழ்வில் அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்புக்கு பல எடுத்துக்காட்டுகள் உள்ளன. இங்கே சில:

• காற்றழுத்தம்: கடல் மட்டத்தில் உள்ள காற்றழுத்தம் அதிக உயரங்களில் உள்ள காற்றழுத்தத்தை விட அதிகமாகும். இதற்குக் காரணம், ஒரு குறிப்பிட்ட புள்ளிக்கு மேலே உள்ள காற்றின் எடை உயரம் குறையும்போது அதிகரிப்பதால், அதிக அழுத்தம் ஏற்படுகிறது.
• நீர் அழுத்தம்: ஒரு நீச்சல் குளத்தின் அடிப்பகுதியில் உள்ள நீர் அழுத்தம் மேற்பரப்பில் உள்ள நீர் அழுத்தத்தை விட அதிகமாகும். இதற்குக் காரணம், ஒரு குறிப்பிட்ட புள்ளிக்கு மேலே உள்ள நீரின் எடை ஆழம் அதிகரிக்கும்போது அதிகரிப்பதால், அதிக அழுத்தம் ஏற்படுகிறது.
• வாயு தொட்டிகள்: ஒரு வாயு தொட்டியின் உள்ளே உள்ள அழுத்தம் தொட்டியின் வெளியே உள்ள அழுத்தத்தை விட அதிகமாகும். இதற்குக் காரணம், தொட்டியின் உள்ளே உள்ள வாயு மூலக்கூறுகள் அமுக்கப்படுவதால், அதிக அழுத்தம் ஏற்படுகிறது.

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பின் சில பயன்பாடுகள் என்ன?#

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்திக்கு இடையேயான தொடர்பு அறிவியல் மற்றும் பொறியியலில் பல பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது. இங்கே சில எடுத்துக்காட்டுகள்:

• பாரோமீட்டர்கள்: வளிமண்டல அழுத்தத்தை அளவிட பாரோமீட்டர்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அவை காற்றழுத்தத்தால் ஆதரிக்கப்படும் பாதரசம் அல்லது நீரின் நிரலின் உயரத்தை அளவிடுவதன் மூலம் செயல்படுகின்றன.
• மேனோமீட்டர்கள்: பாய்மங்களின் அழுத்தத்தை அளவிட மேனோமீட்டர்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அவை ஒரு குழாயால் இணைக்கப்பட்ட இரண்டு பாய்ம நிரல்களுக்கு இடையேயான உயர வேறுபாட்டை அளவிடுவதன் மூலம் செயல்படுகின்றன.
• ஹைட்ரோமீட்டர்கள்: நீர்மங்களின் அடர்த்தியை அளவிட ஹைட்ரோமீட்டர்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அவை ஒரு மிதவை நீர்மத்தில் எந்த ஆழத்தில் மூழ்குகிறது என்பதை அளவிடுவதன் மூலம் செயல்படுகின்றன.

முடிவுரை#

அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்தி என்பது ஒன்றுக்கொன்று நேர்விகிதத்தில் உள்ள இரண்டு முக்கியமான இயற்பியல் பொருண்மைப் பண்புகள் ஆகும். இந்தத் தொடர்பு பாரோமீட்டர்கள், மேனோமீட்டர்கள் மற்றும் ஹைட்ரோமீட்டர்கள் போன்றவற்றில் அறிவியல் மற்றும் பொறியியலில் பல பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது.