این سوال مرتبط با فیزیک دهم است و در آن به محاسبه فشار کل و نیروی وارد بر یک دریچه در زیر آب پرداخته میشود. در ادامه پاسخ سؤال را تشریح میکنیم:
### الف) فشار کل وارد بر سطح دریچه
فشار کل وارد بر سطح دریچه به دو بخش زیر تقسیم میشود:
1. **فشار اتمسفر (فشار جو)**: این فشار معادل فشار در سطح آب است و برابر با \(1 \, \text{atm}\) میباشد که تقریباً معادل \(101,325 \, \text{Pa}\) یا \(101,325 \, \text{N/m}^2\) است.
2. **فشار ناشی از آب**: این فشار با فرمول \(P = \rho g h\) محاسبه میشود.
فرمول فشار در عمق:
\[
P = \rho g h
\]
در اینجا:
- \(\rho = 1,050 \, \text{kg/m}^3\) (چگالی آب)
- \(g \approx 9.81 \, \text{m/s}^2\) (شتاب گرانش)
- \(h = 4 \, \text{m}\) (عمق)
پس:
\[
P = 1,050 \times 9.81 \times 4
\]
\[
P = 41,202 \, \text{Pa}
\]
فشار کل وارد بر سطح دریچه:
\[
P_{\text{کل}} = P_{\text{جو}} + P_{\text{آب}} = 101,325 + 41,202 = 142,527 \, \text{Pa}
\]
### ب) نیروی وارد بر سطح دریچه
نیروی وارد بر سطح دریچه از رابطه \(F = P \times A\) محاسبه میشود که \(A\) مساحت دریچه است.
مساحت دریچه:
\[
A = \pi r^2 = \pi \times (0.02)^2 = 0.00126 \, \text{m}^2
\]
پس نیروی وارد:
\[
F = 142,527 \times 0.00126 = 179.585 \, \text{N}
\]
بنابراین، فشار کل وارد بر سطح دریچه \(142,527 \, \text{Pa}\) و نیروی وارد بر آن \(179.585 \, \text{N}\) است.
