Kuidas manomeetrid töötavad?

Kui kontrollite ilma, siis kui olete enamiku inimeste moodi, siis riietuse dikteerivad teid kõige rohkem: kas või mitte teie välise kokkupuute ajal langeb tõenäoliselt taevast välja mingisuguseid sademeid, milline on õhutemperatuur ja kas see on tuuline.

Sõltuvalt teie elukohast ja aastaajast võite sugulase nägemiseks ka kontrollida (mõnikord kohutavalt) õhuniiskuse tase, veendumaks, et teil on piisavalt hüdreeritud higistamine, mis tõenäoliselt järgneb kõrge temperatuuri korral lugemine.

Enamik inimesi on teadlikud atmosfäärirõhu (seda nimetatakse tavaliselt õhurõhuks) fenomenist, sest nad kuulevad seda mainitavat standardomadust ilmaennustustest, kuid enamik inimesi ei jõua uurida, mis suhe see on ja miks õhk rõhu muutusi kõik. Kas tuuled ei puhu horisontaalselt, samas kui rõhku mõõdetakse ülevalt mingi "tõukena"?

Rõhk on füüsika suurus, mis kehtib peaaegu kõigi kujuteldavate füüsiliste protsesside kohta. See seob jõudu F piirkonda A mitmetes kontekstides väljendatakse ja määratletakse matemaatiliselt kõige lihtsamal kujul kui

Formaalselt on rõhk leviku mõju mõõtmine jõud (mõõdetuna njuutonites või N rahvusvahelises standardses mõõtesüsteemis) kogu reaalsel või matemaatiliselt määratletud pinnal (mõõdetuna ruutmeetrites või m²). Võimalik, et olete juba kokku puutunud füüsikaprobleemidega, mille korral mõjub ja liigub jõud (näiteks raskusjõud või teie ise) massiga objekt, kuid rõhk erineb selle poolest, et tegelikult kirjeldab see lahjendust või kontsentratsiooni jõud.

• Kujutage ette kahte erinevat tahket kasti, millel mõlemal on maht V 10 m³ (kuupmeetrit) ja täidetakse ühtlase, tihedusega tahke materjaliga ρ

  pool veest või 0,5 kg / l või (500 kg / m³). Üks kast on 1 m pikk, 1 m lai ja 10 m pikk, teine ​​aga 2,5 m, 2,5 m ja 1,6 m pikk. Kumbagi kasti ei tohi oma asendist pöörata. Kui soovite kindel olla iidse välimusega lähedal asuv platvorm võiks toetus kas kasti, kuid saaksite selle kinnitamiseks valida ainult ühe kahest, millise valiksite?
  Objektide massid on samad, kuna nende mahud ja tihedused on samad (ρ = m / V, seega m = ρV = (500 kg / m³) (10 m³) = 5000 kg. Arvestades, et gravitatsioonist tulenev kiirendus Maa pinnal on 9,8 m / s², on iga kasti jõud (või kaal) seetõttu (5000 kg) (9,8 m / s2) = 49 000 N.
  Võrrelge siiski piirkondi, kus need vastavad massid jaotuvad: Esimese kasti alus (pikkus ja laius) on 1 m × 1 m = 1 m², samas kui teise kasti alus on 2,5 × 2,5 = 6,25 m². Kuna rõhk on võrdne jõuga, mis on jagatud pindalaga, avaldab kitsas kast, kus teise kastina töötamiseks on vähem kui kuuendik baaspinnast 6,25 korda suurem rõhk platvormil nii, nagu tema partner seda teeb. Seega, kui rämpsplatvorm suudab esimest kasti toetada, peaks see ka teist üksi hoidma - tingimusel, et saate neid sinna üles tõsta!

Ülaltoodud näites on esimese kasti rõhk mis tahes pinnal, millele see toetub, (49 000 N) / (1 m²) ja teise oma (49 000 N) (6,25 m²). Rõhuühikud standardsüsteemis on seega N / m², mida sagedamini nimetatakse paskaliks (Pa). Kuna see osutub tegelikus maailmas nii väikeseks koguseks, kasutatakse palju sagedamini kilopaskalit (kPa).

The atmosfääri rõhk Maa pinnal on umbes101 325 Pavõi 101,3 kPa. Inimeste rõhu määramise vahendite tõttu on igapäevases kasutuses aga veel mitmeid üksusi. Üks on torr, tuntud ka kui elavhõbeda millimeetrid (mm Hg). (Kõik kurioosumid selle kohta, miks see metall valiti, rahuldatakse hetkega.) 101,3 kPa, mida võrdluseks nimetatakse ka 1 atm, võrdub selle standardi järgi 760 torriga. Kuna 1 toll = 25,4 mm, siis 760 mm Hg = (760 / 25,4) = Hg-s 29,92. Lõpuks 1 millibaar = 0,001 atm, seega atmosfäärirõhk millibaarides = 1013 mbar.

Lõpuks, kuidas on lood nende naela ruuttolli kohta (psi või lb / in²), mida tavaliselt kasutatakse rehvirõhu mõõtmiseks Ameerika Ühendriikides? Pärast naela ja kg ning in ja m vahelise teisenduse käivitamist saate näidata, et 101,3 kPa = 14,7 lb / in². Arvestades, et soovitatav minimaalne autorehvirõhk on vaid umbes 30 psi, siis mida see vihjab teie intuitsioonile, mis puudutab õhu "tühist" kaalu ja seega ka rõhku?

A manomeeter on seade, mis mõõdab õhurõhku konteineri abil, mille ühes või mõlemas otsas on avatud U-kujuline toru. Suletud manomeetris sisestatakse ühte otsa gaasiproov, mis seejärel kaetakse. Seejärel valatakse teise otsa teadaoleva tihedusega vedelik. Vedelik lakkab liikumast, kui korki ja vedeliku vahele jäänud gaasi rõhk koos rõhuga vedeliku samba põhi sellel küljel vastab õhurõhule pluss vedeliku kolonni rõhk avatud kohale küljel.

Vedeliku kõrgus avatud küljel on kõrgem sellel küljel, kui õhurõhk on väiksem kui gaasi rõhk ja madalam avatud küljel, kui õhurõhk ületab gaasirõhku. Selle kõrguse erinevuse abil saate arvutada gaasi rõhu.

Kuna silindrilise toru korral P = F / A = mg / A, m = ρV ja V = Ah (st maht = pindala ja kõrgus), saab näidata, et vertikaalse vedelikusamba tekitatud rõhk on ρgh, kus h = kõrgus sisse meetrit. See rõhk tähistab gaasi rõhu ja atmosfäärirõhu positiivset või negatiivset erinevust.

• Mees- on ladinakeelne sõna sõna, mis tähendab käsi, mis on pärit ka sellest, et "manipuleeri"; üks lihtne viis rõhu mõiste edastamiseks, kui piirduda mitteverbaalse keelega, oleks teie käsi, et suruda õrnalt vastu teist inimest.
  

• A baromeeter on teatud tüüpi manomeeter, mida kasutatakse spetsiaalselt atmosfäärirõhu mõõtmiseks.
  

• Vererõhu mõõtmiseks tervishoiuseadmetes kasutatavat manuaalset seadet nimetatakse a sfügmomanomeeter, koos sfüg- lõdvalt tõlkides "pigistama". Seda seetõttu, et mansett tuleb vastu kätt üles pumbata tasemele ülal keha vererõhk, et seda õigesti mõõta; selleks peavad nad su sõna otseses mõttes pigistama.

Atmosfäärirõhk ei ole püsiv ja see varieerub tüüpilises vahemikus täpselt nii nagu temperatuur ja muud geofüüsikalised suurused. Omaette arutelu on see rõhk eelseisva ilma usaldusväärne näitaja. Kui madalrõhkkonna süsteem siseneb piirkonda, tulemuseks on tavaliselt pilved, tuul ja sademed, kusjuures a kõrgsurvesüsteem tavaliselt toodab ilusat ja rahulikku ilma. (Saate selle? "Kõrgrõhkkond" lõpeb "rahulikult"... ainult hullumeelses füüsikamaailmas!)