Tlak ve fyzice je síla dělená jednotkovou oblastí. Síla je zase hromadná doba zrychlení. To vysvětluje, proč je zimní dobrodruh bezpečnější na ledu s pochybnou tloušťkou, pokud si lehne na povrch, místo aby stál vzpřímeně; síla, kterou vyvíjí na led (jeho hmotnost krát zrychlení směrem dolů v důsledku gravitace), je v obou případech stejná, ale pokud je když leží naplocho, než aby stál na dvou nohách, je tato síla rozložena na větší plochu, čímž se snižuje tlak vyvíjený na led.
Výše uvedený příklad se zabývá statickým tlakem - to znamená, že se nic v tomto „problému“ nepohybuje (a doufejme, že to tak i zůstane!). Dynamický tlak se liší a zahrnuje pohyb předmětů kapalinami - tj. Kapalinami nebo plyny - nebo samotným tokem tekutin.
Obecná tlaková rovnice
Jak již bylo uvedeno, tlak je síla dělená oblastí a síla je hmotnost krát zrychlení. Hmotnost (m) však lze také zapsat jako součin hustoty (ρ) a objem (PROTI), protože hustota je pouze hmotnost dělená objemem. To znamená, protože:
\ rho = \ frac {m} {V} \ text {then} = m = \ rho V
U běžných geometrických obrazců také objem dělený oblastí jednoduše dává výšku.
To znamená, že pro, řekněme, sloupec tekutiny stojící ve válci, tlak (P) lze vyjádřit v následujících standardních jednotkách:
P = {mg \ výše {1pt} A} = {ρVg \ výše {1pt} A} = ρg {V \ výše {1pt} A} = ρgh
Tady,hje hloubka pod povrchem kapaliny. To ukazuje, že tlak v jakékoli hloubce tekutiny ve skutečnosti nezávisí na tom, kolik tekutiny tam je; můžete být v malé nádrži nebo v oceánu a tlak závisí pouze na hloubce.
Dynamický tlak
Tekutiny zjevně nesedí jen v nádržích; pohybují se, často jsou čerpány potrubím, aby se dostali z místa na místo. Pohybující se tekutiny vyvíjejí tlak na objekty v nich, stejně jako stojící tekutiny, ale proměnné se mění.
Možná jste slyšeli, že celková energie objektu je součtem jeho kinetické energie (energie jeho pohybu) a jeho potenciálu energie (energie, kterou „ukládá“ při pružinovém zatížení nebo je vysoko nad zemí) a že tento součet zůstává v uzavřeném stavu konstantní systémy. Podobně celkový tlak kapaliny je její statický tlak, daný výrazemρghodvozený výše, přidaný k jeho dynamickému tlaku danému výrazem (1/2)ρv2.
Bernoulliho rovnice
Výše uvedená část je odvozením kritické rovnice ve fyzice s důsledky pro cokoli jiného se pohybuje kapalinou nebo prochází samotným tokem, včetně letadel, vody v instalatérském systému, nebo baseballové míče. Formálně je
P_ {total} = ρgh + {1 \ nad {1pt} 2} ρv ^ 2
To znamená, že pokud kapalina vstupuje do systému potrubím s danou šířkou a v dané výšce a opouští systém prostřednictvím potrubí s jinou šířkou a v jiné výšce může celkový tlak systému stále zůstat konstantní.
Tato rovnice se opírá o řadu předpokladů: že hustota kapalinyρse nemění, tok kapaliny je stálý a tření není faktor. I při těchto omezeních je rovnice mimořádně užitečná. Například z Bernoulliho rovnice můžete určit, že když voda opustí potrubí, které má a menší průměr než jeho vstupní bod, voda bude cestovat rychleji (což je pravděpodobně intuitivní; řeky prokazují větší rychlost při průchodu úzkými kanály) a její tlak při vyšší rychlosti bude nižší (což pravděpodobně není intuitivní). Tyto výsledky vyplývají z variace na rovnici
P_1 - P_2 = {1 \ nad {1pt} 2} ρ ({v_2} ^ 2 - {v_1} ^ 2)
Pokud jsou tedy podmínky kladné a výstupní rychlost je větší než vstupní rychlost (tj.proti2 > proti1), výstupní tlak musí být nižší než vstupní tlak (tj.P2 < P1).
