Как работят манометрите?

Когато проверявате времето, ако сте като повечето хора, това, което ви интересува най-много, са нещата, които диктуват роклята ви: Дали или не някакви валежи вероятно ще паднат от небето по време на излагането ви на открито, каква е температурата на въздуха и дали е такава ветровит.

В зависимост от това къде живеете и времето на годината, можете също да проверите (понякога със страх), за да видите роднината ниво на влажност, за да сте сигурни, че сте достатъчно хидратирани за изпотяването, което вероятно ще последва при висок четене.

Повечето хора са наясно с феномена на атмосферното (обикновено наричано барометрично) налягане, защото го чуват като стандартна характеристика на прогнозите за времето, но повечето хора не стигат дотам, че разследват каква е връзката и защо въздухът изпитва промени в налягането при всичко. Дали ветровете не духат хоризонтално, докато налягането се измерва отгоре като вид „бутане“?

Налягане е величина във физиката, която се прилага за почти всеки физически процес, който можем да си представим. Отнася се за сила

Формално налягането е измерване на ефекта от разпространението на сила (измерено в нютони, или N, в стандартната международна измервателна система) през някаква реална или математически определена повърхност (измерено в квадратни метри или m²). Може би вече сте се сблъсквали с физически проблеми, при които сила (като гравитацията или вас самите) действа и се движи обект с маса, но налягането е различно по това, че всъщност описва разреждането или концентрацията на сила.

• Представете си две различни плътни кутии, всяка с обем V от 10 m³ (кубични метри) и се пълни с еднороден твърд материал с плътност ρ

  половината от водата, или 0,5 kg / L, или (500 kg / m³). Едната кутия е с дължина 1 м, широчина 1 м и височина 10 м, докато другата е с дължина 2,5 м, ширина 2,5 м и височина 1,6 м. Нито една кутия не трябва да се завърта от позицията си. Ако искате да сте сигурни, древна наблизо платформа бих могъл поддържа или кутия, но бихте могли да изберете само един от двата, за да потвърдите това, кой от тях бихте избрали?
  Масите на обектите са еднакви, тъй като техните обеми и плътности са еднакви (ρ = m / V, така че m = ρV = (500 kg / m³) (10 m³) = 5000 кг. Като се има предвид, че ускорението поради гравитацията на земната повърхност е 9,8 m / s², силата (или теглото) на всяка кутия следователно е (5000 kg) (9,8 m / s2) = 49 000 N.
  Сравнете обаче областите, върху които са разпределени съответните маси: Първата кутия има основа (дължина умножена по ширина) от 1 m × 1 m = 1 m², докато другата кутия е с основа 2,5 × 2,5 = 6,25 m². Тъй като налягането е равно на сила, разделена на площ, тясната кутия, с по-малко от една шеста от основната площ, с която да работи като втора кутия, ще упражни 6.25 пъти по-голям натиск на платформата, както партньорът ще го направи. По този начин, ако разтърсващата платформа може да поддържа първата кутия, тя трябва да може да държи и втората сама - при условие, че можете да ги вдигнете там!

В горния пример налягането на първата кутия върху която и да е повърхност, върху която се опира, е (49 000 N) / (1 m²), а този на втория е (49 000 N) (6,25 m²). По този начин мерните единици за налягане в стандартната система са N / m², по-често наричани паскал (Pa). Тъй като това се оказва толкова малко в реалния свят, килопаскалът (kPa) се използва много по-често.

The налягането на атмосферата на повърхността на Земята е около101 325 Pa, или 101,3 kPa. Поради средствата, чрез които хората определят налягането, обаче, редица други единици се използват ежедневно. Единият е тор, известен също като милиметри живак (mm Hg). (Всяко любопитство, което имате за това защо е избран този метал, ще бъде удовлетворено след малко.) 101.3 kPa, наричан още 1 атм за справка, се равнява на 760 тор по този стандарт. Тъй като 1 инч = 25,4 mm, 760 mm Hg = (760 / 25,4) = 29.92 in Hg. И накрая, 1 милибар = 0,001 атм, така че атмосферното налягане в милибари = 1,013 мбар.

И накрая, какво ще кажете за тези лири на квадратен инч (psi или lb / in²) обикновено се използва за измерване на налягането в гумите в Съединените щати? След извикване на преобразуванията между lb и kg и между in in m, можете да покажете, че 101.3 kPa = 14.7 lb / in². Като се има предвид, че препоръчителното минимално налягане в автомобилните гуми е само около 30 psi, какво предполага това за вашата интуиция относно „незначителното“ тегло и следователно налягането на въздуха?

A манометър е устройство, което измерва въздушното налягане с помощта на контейнер с "U" -образна тръба, отворена в единия или двата края. В затворен манометър в единия край се вкарва проба газ, която след това се затваря. След това течност с известна плътност се излива в другия край. Течността ще спре да се движи, когато налягането на газа, попаднал между капачката и течността, заедно с налягането при дъното на флуидната колона от тази страна съответства на налягането на въздуха плюс налягането на флуидния стълб на открито страна.

Височината на течността от отворената страна ще бъде по-висок от тази страна, когато налягането на въздуха е по-малко от налягането на газа и нисък от отворената страна, когато налягането на въздуха надвишава налягането на газа. Можете да използвате тази разлика във височината, за да изчислите налягането на газа.

Тъй като P = F / A = mg / A, m = ρV и V = Ah за цилиндрична тръба (т.е. обем = площ по височина), тя може да се покаже, че налягането, създадено от вертикална колона с течност, е ρgh, където h = височина в метри. Това налягане представлява положителната или отрицателната разлика между налягането на газа и атмосферното налягане.

• Човече- е латинският корен на думата, която означава ръка, "откъдето идва и" манипулиране "; един лесен начин да предадете концепцията за натиск, ако се ограничи до невербален език, би бил да използвате ръката си, за да притискате внимателно към чуждата.
  

• A барометър е вид манометър, използван специално за измерване на атмосферното налягане.
  

• Ръчното устройство, използвано за измерване на кръвното налягане в здравни заведения, се нарича a апарат за кръвно налягане, с сфиг- превеждайки свободно в „стискане“. Това е така, защото маншетът трябва да се надуе до ръката до ниво по-горе кръвно налягане в тялото с цел правилното му измерване; те трябва буквално да ти стиснат ръката, за да го направят.

Атмосферното налягане не е постоянно и то варира в типичен диапазон, точно както температурата и другите геофизични величини. Отделна дискусия сама по себе си, този натиск е надежден индикатор за предстоящото време. Когато система с ниско налягане навлиза в дадена област, резултатът обикновено е облаци, вятър и валежи, докато a система за високо налягане обикновено произвежда справедливо и спокойно време. (Вземи това? „Високо налягане“ завършва със „спокойствие“... само в шантавия свят на физиката!)