Налягането е едно от най-важните понятия във физиката. Въпреки че несъмнено ще имате представа какво е налягането от неща като показанията на атмосферното налягане, дадени в метеорологични доклади или налягане на водата в отоплителната система на дома ви, когато изучавате физика, подробностите наистина материя. Изучаването на точната дефиниция на налягането ви помага да разберете ключови понятия, свързани с газовете, термодинамиката, плаваемостта и много други.
Определение на налягането
Налягането се определя просто катоколичество сила на единица площ. Ключовият момент, когато се опитвате да разберете налягането, е да помислите какво се случва на атомно ниво в течност или газ при високо налягане. Съставните молекули се движат постоянно и това означава, че те се блъскат в стените на контейнера през цялото време. Колкото повече се движат (поради по-високи температури), толкова повече се блъскат в стените на контейнера и толкова по-високо е налягането.
Тогава дефиницията просто превръща тази обща картина в ясна, физическа дефиниция. Всеки път, когато молекула удари страната на контейнера, тя му придава сила и сумата от тези сили за малка част от вътрешността е общото налягане. Най-удобният начин да направите това е да изберете площ, която е една „единица“ на квадрат в избраната от вас система за измерване, което означава „на единица площ“ в дефиницията.
Математически можете да определите налягането като:
P = \ frac {F} {A}
КъдетоPе натиск,Fе силата върху повърхността иAе площ.
Единици за налягане
Единицата за налягане SI еПаскал (Па), където 1 Pa = 1 N / m2, т.е. един нютон на квадратен метър. Нютонът е единица за сила, така че е лесно да се види, че Паскалът отговаря на изискванията за единица за налягане. Паскалът обаче е доста малка единица за неща като атмосферното налягане, така че има доста голям брой алтернативи, които също се използват. Един от най-простите начини да направите това е просто да използвате kPa (т.е. килопаскали или хиляди паскали), но има и други опции.
Най-известната алтернативна единица елири на квадратен инч (psi), който се използва в САЩ за неща като водно налягане. За атмосферното налягане често се използва съответно наречената единица „атмосфери“ (атм), тъй като 1 атм съответства на атмосферното налягане на морското равнище. Torr е алтернативна единица, използвана за атмосферно налягане, която се определя като 1/760 от an атмосфера, или 133,3 Pa. В метеорологията често се използват милибари, където 1 bar = 100 000 Pa и 1 милибар = 100 Pa.
И накрая, има някои още по-необичайни единици за налягане, включително милиметри живак (mmHg), които се определя въз основа на натиска, упражняван от 1 mm висок стълб живак и често се използва за кръв натиск.
Първоначално това беше намерението на тора и затова не би трябвало да е толкова изненадващо, че двамата са по същество същото: 1 mmHg = 133.322 Pa. И накрая, в някои случаи налягането се измерва като стойност в дин на квадрат сантиметър. Тук динът е единица сила с 1 дин = 0,00001 нютона и така 1 дин на квадратен сантиметър е равен на 0,1 Pa.
Атмосферно налягане
Атмосферното налягане на морското равнище е равно на 1 атмосфера или около 101 325 Pa. Това е aогроменстойност - това е повече от силата на гравитацията върху 10 000 кг материя, която ви притиска надолупрез цялото време. Налягането по същество е точно това, но всъщност въпросът е във въздуха: Налягането буквално се причинява от тежестта на въздуха, изтласкващ се над повърхността на Земята.
Това може да изглежда странно, защото никогазабележетеатмосферното налягане, въпреки че е толкова масивно, но вие сте се развили в тази среда и затова не го забелязвате. Има мярка за натиск, която отчита и това, нареченаманометър налягане. Това е разликата в налягането между абсолютното налягане (т.е. общото налягане) и атмосферното налягане.
Например, ако имате напълно спукана гума на колата си, когато свържете габарит, тя ще отчете нула. Има обачевъздухвътре в гумата, която е с атмосферно налягане; просто тази информация не е релевантна, когато се интересувате дали нещо като автомобилна гума е подходящо под налягане. Все още има абсолютно налягане, но в този случай (и много други) манометричното налягане е наистина това, което трябва да знаете.
Водно налягане
Налягането на водата е една от най-познатите форми на натиск в ежедневния живот, но в хидростатична ситуация (такъв, при който водата не тече), налягането работи по различен начин от начина, по който работи във вашето отопление на водата система. Това обаче е интересна ситуация, която трябва да разгледате, когато за първи път научавате за натиск, защото налягането в ситуация като тази зависи от дълбочината.
Налягането (P) на всякаква дълбочина (д) се дава от уравнението:
P = ρgd
Къдетоρ(„Rho“) е плътността на течността иже ускорението поради гравитацията (на Земята,ж= 9,81 m / s2). Плътността на водата при 20 ° C еρ= 998 kg / m3, но като цяло изчисленията са значително опростени, ако приемете температура от 4 ° C, къдетоρ= 1000 kg / m3 или 1 g / cm3. Така че, ако изчислявате налягането на водата на дълбочина 25 m, уравнението показва:
\ begin {align} P & = ρgd \\ & = 1000 \ text {kg / m} ^ 3 × 9,81 \ text {m / s} ^ 2 × 25 \ text {m} \\ & = 245250 \ text {Pa } = 245,3 \ текст {kPa} \\ \ край {подравнено}
Как работи барометърът
Барометърът е устройство за измерване на атмосферното налягане (понякога наричано барометрично налягане), което работи чрез използване на живачна колона. Епруветка, съдържаща живак - отворена в единия край - се обръща и се поставя в резервоар, който също съдържа живак. Когато е настроен, резервоарът е отворен за атмосферата, но живакът в тръбата е в контакт само с резервоара и процесът на обръщане на тръбата създава вакуум в горната част.
Барометърът измерва налягането, тъй като силата, дължаща се на атмосферното налягане (основно теглото на въздуха) избутва живака в резервоара и по този начин избутва живака в тръбата нагоре.
Ако живачната колона създава еднакво голяма сила, насочена надолу (уравнението на водното налягане от предишния раздел описва произхода на това сила), няма да има промяна, но ако въздушното налягане е по-високо, нивото на живак в тръбата ще трябва да се увеличи със съответно количество, за да се балансира сили. След калибриране на скалата, тази проста система може да се използва за измерване на въздушното налягане.
Други примери
Има и други примери за натиск, с които ще сте запознати и от ежедневието, включително кръвно налягане. Това е налягането (манометър), създадено от сърцето, което изпомпва кръвта около тялото ви, и това е мярка в mmHg (милиметри от живак) и имате две показания: систолично за налягането, когато сърцето ви изтласква и диастолично за налягането между бие. Разбира се, налягането по време на удари е по-големият брой от двете, а между 90/60 mmHg и 120/80 mmHg се счита за идеално.
Въздушното налягане също е ключова концепция в метеорологията, която картографира позициите и движенията на системите с високо налягане и ниско налягане, за да прогнозира промените във времето. Чрез връзката между атмосферното налягане и температурата и какво се случва, когато система с ниско налягане отговаря на система за високо налягане, метеоролозите прогнозират температурите и неща като вятър в различни региони.