Tryk (fysik): definition, enheder, formler og eksempler

Tryk er et af de vigtigste begreber i fysik. Mens du utvivlsomt har en idé om, hvad pres er fra ting som atmosfæriske trykmålinger, der er angivet i vejrudsigter eller vandtryk i dit hjem opvarmningssystem, når du studerer fysik, detaljerne virkelig stof. At lære den nøjagtige definition af tryk hjælper dig med at forstå nøglebegreber relateret til gasser, termodynamik, opdrift og meget mere.

Tryk defineres simpelthen sommængde kraft pr. arealenhed. Nøglepunktet, når du prøver at forstå pres, er at tænke over, hvad der sker på atomniveau i en væske eller gas ved højt tryk. De sammensatte molekyler bevæger sig konstant, og det betyder, at de støder hele tiden på beholdervæggene. Jo mere de bevæger sig (på grund af højere temperaturer), jo mere støder de ind i beholderens vægge og jo højere er trykket.

Definitionen forvandler derefter dette generelle billede til en klar, fysisk definition. Hver gang et molekyle rammer siden af ​​en beholder, overfører den en kraft til den, og summen af ​​disse kræfter for en lille del af det indre er det samlede tryk. Den mest bekvemme måde at gøre dette på er at vælge et område, der er en "enhed" i kvadrat i dit valgte målesystem, hvilket er hvad "pr. Arealenhed" betyder i definitionen.

Matematisk kan du definere pres som:

HvorPer pres,Fer kraften på overfladen ogENer område.

SI-enhedens tryk erPascal (Pa)hvor 1 Pa = 1 N / m², dvs. en Newton pr. kvadratmeter. Newton er kraftenheden, så det er let at se, at Pascal opfylder kravene til en trykenhed. Imidlertid er Pascal en ganske lille enhed til ting som atmosfærisk tryk, så der er også et stort antal alternativer, der også er i brug. En af de enkleste måder at gøre dette på er simpelthen at bruge kPa (dvs. kilopascal eller tusindvis af pascal), men der er også andre muligheder.

Den mest kendte alternative enhed erpund pr. kvadrat tomme (psi), der bruges i USA til ting som vandtryk. Til atmosfærisk tryk anvendes den passende benævnte enhed "atmosfærer" (atm) ofte, fordi 1 atm svarer til atmosfærisk tryk ved havoverfladen. Torr er en alternativ enhed, der anvendes til atmosfæriske tryk, som er defineret som 1/760 af en atmosfære eller 133,3 Pa. I meteorologi anvendes ofte millibar, hvor 1 bar = 100.000 Pa og 1 millibar = 100 Pa.

Endelig er der nogle endnu mere usædvanlige enheder for tryk, herunder millimeter kviksølv (mmHg), som er defineret baseret på det tryk, der udøves af en 1 mm høj søjle af kviksølv og bruges ofte til blod tryk.

Dette var oprindeligt hensigten med torr, og så det burde ikke komme så meget af en overraskelse, at de to er i det væsentlige det samme: 1 mmHg = 133,322 Pa. Endelig måles tryk i nogle tilfælde som en værdi i dyne pr. kvadrat centimeter. Her er farven en kraftenhed med 1 dyne = 0,00001 Newton, og således er 1 dyne pr. Kvadratcentimeter lig med 0,1 Pa.

Atmosfærisk tryk ved havoverfladen er lig med 1 atmosfære eller omkring 101.325 Pa. Dette er enkæmpe storværdi - det er mere end tyngdekraften på 10.000 kg stof, der skubber ned på dighele tiden. Trykket er i det væsentlige netop dette, men sagen er faktisk luften: Trykket skyldes bogstaveligt talt, at vægten af ​​luften skubber ned over jordens overflade.

Dette kan virke underligt, fordi du aldrigvarselatmosfærisk tryk, selvom det er så massivt, men du har udviklet dig i dette miljø, og så bemærker du det ikke. Der er et mål for pres, der også tager hensyn til dette kaldetovertryk. Dette er trykforskellen mellem det absolutte tryk (dvs. det samlede tryk) og atmosfærisk tryk.

For eksempel, hvis du har et helt fladt dæk på din bil, ville det læse nul, når du tilsluttede en måler. Men der erluftinde i dækket ved atmosfærisk tryk; det er bare, at disse oplysninger ikke rigtig er relevante, når du er interesseret i, om noget som et bildæk er under passende tryk. Der er stadig absolut pres, men i dette tilfælde (og mange andre) er målertrykket virkelig det, du har brug for at vide.

Vandtryk er en af ​​de mest velkendte former for tryk i det daglige liv, men i en hydrostatisk situation (en hvor vandet ikke strømmer), trykket fungerer anderledes end det gør i din vandopvarmning system. Dette er dog en interessant situation at se på, når du først lærer om pres, fordi trykket i en situation som denne afhænger af dybden.

Presset (P) i enhver dybde (d) er givet ved ligningen:

Hvorρ(“Rho”) er væskens tæthed ogger accelerationen på grund af tyngdekraften (på Jorden,g= 9,81 m / s²). Vandtætheden ved 20 ° C erρ= 998 kg / m³, men generelt er beregningerne meget forenklet, hvis du antager en temperatur på 4 ° C, hvorρ= 1000 kg / m³ eller 1 g / cm³. Så hvis du beregner vandtrykket i en dybde på 25 m, viser ligningen:

Et barometer er en enhed til måling af atmosfærisk tryk (undertiden kaldet barometertryk), der fungerer ved hjælp af en søjle af kviksølv. Et rør indeholdende kviksølv - åbent i den ene ende - vendes om og placeres i et reservoir, der også indeholder kviksølv. Når det er sat op, er reservoiret åbent for atmosfæren, men kviksølv i røret er kun i kontakt med reservoiret, og processen med at vende røret skaber et vakuum i toppen.

Barometeret måler tryk, fordi kraften på grund af atmosfærisk tryk (dybest set vægten af luften) skubber ned på kviksølv i reservoiret og skubber derved kviksølv i røret op.

Hvis søjlen af ​​kviksølv skaber en lige så stor kraft rettet nedad (vandtryksligningen fra det foregående afsnit beskriver oprindelsen til dette kraft), vil der ikke være nogen ændring, men hvis lufttrykket er højere, skal niveauet af kviksølv i røret stige med en tilsvarende mængde for at afbalancere kræfter. Efter kalibrering af skalaen kan dette enkle system bruges til at måle lufttrykket.

Der er andre eksempler på pres, som du også kender fra hverdagen, inklusive blodtryk. Dette er det (måler) tryk, der skabes af dit hjerte, der pumper blod rundt i din krop, og dette måles i mmHg (millimeter kviksølv), og du har to målinger: systolisk for trykket, når dit hjerte skubber ud og diastolisk for trykket mellem beats. Selvfølgelig er trykket under slag det højere antal af de to, og mellem 90/60 mmHg og 120/80 mmHg betragtes som ideelt.

Lufttryk er også et afgørende koncept inden for meteorologi, som kortlægger positionerne og bevægelserne for højtryks- og lavtrykssystemer for at forudsige ændringer i vejret. Gennem forholdet mellem atmosfærisk tryk og temperatur, og hvad der sker, når et lavtrykssystem møder et højtrykssystem, meteorologer forudsiger temperaturer og ting som f.eks. vind i forskellige regioner.