نسخة الفيديو النصية
يدفع ماء في حاوية أفقيًّا بواسطة جدار متحرك في هذه الحاوية، كما هو موضح في الشكل. يوجد داخل الماء في الحاوية صفيحة معدنية مربعة سمكها مهمل. تثبت الصفيحة بواسطة عمود؛ بحيث يكون سطحها ملامسًا بالكامل للماء باستثناء مساحة صغيرة يمر منها العمود. يدفع الماء الصفيحة عندما يحرك الجدار المتحرك في الحاوية. أي من الآتي يمثل تأثير القوة 𝐹، التي تدفع الجدار المتحرك في الاتجاه الموضح، على الصفيحة؟ أ: تتحرك الصفيحة لأعلى؛ لأن ضغط الماء يزيد أسفل الصفيحة عن ضغط الماء أعلاها. ب: لن تتحرك الصفيحة؛ لأن ضغط الماء يزيد بالتساوي أعلى الصفيحة وأسفلها. ج: تتحرك الصفيحة لأسفل؛ لأن ضغط الماء يزيد أعلى الصفيحة عن ضغط الماء أسفلها.
موضح أمامنا شكل لحاوية لها جدار متحرك تحتوي على ماء. داخل الحاوية، توجد صفيحة معدنية مربعة مثبتة بواسطة عمود؛ بحيث يكون سطحها بالكامل ملامسًا للماء. مطلوب منا تحديد التأثير الذي ستتعرض له هذه الصفيحة إذا دفع الجدار المتحرك بواسطة القوة 𝐹 في الاتجاه الموضح في الشكل.
تذكر أن هذه القوة ترتبط بالضغط من خلال المعادلة الآتية. الضغط 𝑃 المؤثر على مساحة ما 𝐴 يساوي القوة المؤثرة عموديًّا على المساحة 𝐹 مقسومة على المساحة.
لفهم ما سيحدث في هذه الحالة، دعونا نذكر أنفسنا بقاعدة باسكال وكيف يمكننا تطبيقها على هذه المسألة. تنص قاعدة باسكال على أنه عند نقطة ما في مائع، يكون الضغط الذي يؤثر به المائع عند هذه النقطة متساويًا في جميع الاتجاهات. علمنا من السؤال أن الصفيحة المعدنية لها سمك مهمل؛ لذا يمكننا القول إن قمة الصفيحة وقاعها يقعان عند الارتفاع نفسه. وهذا يعني أنه يمكننا اعتبار أن الصفيحة سلسلة من النقاط تقع عند الارتفاع نفسه داخل الحاوية.
بناء على ذلك، يمكننا استخدام قاعدة باسكال؛ لكي نقول إن الضغط المؤثر عند كل نقطة في الصفيحة يكون متساويًا في جميع الاتجاهات، وهو ما يعني أن القوة التي تدفع الصفيحة لأسفل تساوي القوة التي تدفع الصفيحة لأعلى؛ حيث إن مساحة الصفيحة واحدة في الحالتين. عندما تتحرك الجدران إلى الداخل، يزداد ارتفاع الماء أعلى الصفيحة؛ لأن حجم الحاوية يقل. تؤدي زيادة كمية الماء أعلى الصفيحة إلى زيادة الضغط عندما يتحرك الجدار للداخل. ونظرًا إلى أن الضغطين المؤثرين أعلى الصفيحة وأسفلها متساويان، يزداد الضغط عند جميع النقاط بالمعدل نفسه.
بالنظر إلى الخيارات المعطاة، نجد أن الخيار ب ينص على أن الصفيحة لن تتحرك؛ لأن ضغط الماء يزيد بالتساوي أعلى الصفيحة وأسفلها. وهذا ما نتوقع حدوثه في هذا النظام استنادًا إلى قاعدة باسكال.
إذن الخيار ب: لن تتحرك الصفيحة؛ لأن ضغط الماء يزيد بالتساوي أعلى الصفيحة وأسفلها، هو الإجابة الصحيحة.
