כוח גרדיאנט הלחץ

במכניקת הזורמים, כוח גרדיאנט הלחץ (באנגלית: Pressure-gradient force) הוא הכוח שנוצר כאשר יש גרדיאנט לחץ (Pressure gradient ) על פני משטח. באופן כללי, לחץ מוגדר ככוח ליחידת שטח. הבדל בלחץ על פני משטח מרמז על הבדל בכוח, שיכול לגרום לתאוצה לפי חוק התנועה השני של ניוטון, בהנחה ואין כוח נוסף שיאזן. הכוח שנוצר תמיד מכוון מאזור לחץ גבוה לאזור לחץ נמוך. כאשר זורם נמצא במצב שיווי משקל (כלומר, אין כוח שקול ואין תאוצה), ניתן להתייחס למערכת כמצויה בשיווי משקל הידרוסטטי. במקרה של אטמוספירות, כוח זה מאוזן על ידי כוח הכבידה, ושומר על שיווי משקל הידרוסטטי. לדוגמה, באטמוספירת כדור הארץ, לחץ האוויר יורד ככל שמגביהים ביחס לפני כדור הארץ, כך שגרדיאנט הלחץ מספק כוח אשר סותר את השפעת כוח הכבידה על האטמוספירה.

אפקט מגנוס

אפקט מגנוס הוא תופעה נצפית המקושרת לרוב עם עצם מסתובב הנע דרך זורם (כגון אוויר ומים). מסלולו של העצם המסתובב מוסח בצורה שלא מתקיימת כאשר העצם אינו מסתובב. סטייה זאת מוסברת על ידי הבדל בלחץ הזורם בין שני הצדדים של העצם המסתובב. האפקט תלוי במהירות הסיבוב.

פורמליזם

נבחן אלמנט זורם בעל צפיפות $\rho$, גובה $dz$, ושטח פנים $dA$, כך שמסת החבילה תינתן בביטוי: $m=\rho dAdz$. באמצעות החוק השני של ניוטון, $F=ma$ (כוח שווה למסה כפול תאוצה), ניתן לבחון הפרש לחצים $dP$ (תחת הנחה שהלחצים פועלים רק בכיוון $z$), במטרה למצוא מה הכוח המתקבל: $F=-dPdA=\rho adAdz$.

לפיכך, התאוצה הנובעת מגרדיאנט הלחץ ניתנת לחישוב לפי: $$a=-\frac{1}{\rho }\frac{dP}{dz}.$$השפעות גרדיאנט הלחץ מבוטאות בדרך כלל בצורה זו - במונחי תאוצה, במקום במונחי כוח. ניתן לבטא את התאוצה בצורה מדויקת יותר, עבור לחץ כללי $P$ באמצעות הקשר $$\overrightarrow{a}=-\frac{1}{\rho }\overrightarrow{\mathrm{\nabla }}P.$$כיוון הכוח המתקבל (התאוצה) הפוך לזה שבו מתרחשת העלייה המהירה ביותר בלחץ.

לקריאה נוספת

• Roland B. Stull (2000) Meteorology for Scientists and Engineers, Second Edition, Ed. Brooks/Cole, מסת"ב 0-534-37214-7.

הערך באדיבות ויקיפדיה העברית, קרדיט,
רשימת התורמים
רישיון cc-by-sa 3.0

כוח גרדיאנט הלחץ41520534Q1541234