Kuinka manometrit toimivat?

Kun tarkistat säätä, olet kuin useimmat ihmiset, mielenkiintoisimmat ovat asiat, jotka sanelevat pukusi: onko vai ei jonkinlainen sademäärä putoaa todennäköisesti taivaalta ulkotilasi aikana, mikä on ilman lämpötila ja onko se tuulinen.

Asuinpaikkasi ja vuodenajan mukaan voit myös tarkistaa (joskus pelolla) nähdäksesi sukulaisen kosteustaso varmistaaksesi, että olet tarpeeksi nesteytynyt hikoiluun, joka todennäköisesti seuraa korkealla käsittelyssä.

Useimmat ihmiset ovat tietoisia ilmakehän paineesta (jota kutsutaan yleensä ilmanpaineeksi), koska he kuulevat sen mainittavan vakio-ominaisuutena sääennusteista, mutta useimmat ihmiset eivät pääse tutkimaan, mikä suhde on ja miksi ilma kokee paineen muutoksia kaikki. Eivätkö tuulet puhaltaa vaakasuoraan, kun taas paine mitataan ylhäältä eräänlaisena "työntämisenä"?

Paine on fysiikan määrä, joka koskee melkein kaikkia kuviteltavissa olevia fyysisiä prosesseja. Se liittyy voimaan F alueelle A monissa yhteyksissä ilmaistaan ​​ja määritetään matemaattisesti yksinkertaisimmillaan muodossa

Muodollisesti paine on mittaus levityksen vaikutuksesta pakottaa (mitattuna newtoneina tai N kansainvälisessä standardimittausjärjestelmässä) jollakin todellisella tai matemaattisesti määritellyllä pinnalla (mitattuna neliömetreinä tai m²). Olet ehkä jo kohdannut fysiikan ongelmia, joissa voima (kuten painovoima tai itse) vaikuttaa ja liikkuu esine, jonka massa on, mutta paine on erilainen siinä mielessä, että se itse asiassa kuvaa liuoksen laimennosta tai konsentraatiota pakottaa.

• Kuvittele kaksi erilaista kiinteää laatikkoa, joista jokaisella on tilavuus V 10 m³ (kuutiometriä) ja täytetään yhtenäisellä kiinteällä materiaalilla, jonka tiheys on ρ

  puolet vedestä tai 0,5 kg / l tai (500 kg / m³). Yksi laatikko on 1 m pitkä, 1 m leveä ja 10 m pitkä, kun taas toinen on 2,5 m pitkä, 2,5 m leveä ja 1,6 m pitkä. Kumpikaan laatikko ei ole käännettävissä paikaltaan. Jos haluat olla varma muinaisesta näköisestä lähialustasta voisi tuki jompikumpi ruutuun, mutta voisit valita vain yhden näistä kahdesta vahvistaaksesi tämän, kumpi valitsisit?
  Kohteiden massat ovat samat, koska niiden tilavuudet ja tiheydet ovat samat (ρ = m / V, joten m = ρV = (500 kg / m³) (10 m³) = 5000 kg. Ottaen huomioon, että maapallon painovoiman aiheuttama kiihtyvyys on 9,8 m / s², jokaisen laatikon voima (tai paino) on siten (5000 kg) (9,8 m / s2) = 49 000 N.
  Vertaa kuitenkin alueita, joille nämä vastaavat massat jakautuvat: Ensimmäisen laatikon pohja (pituus kerralla leveys) on 1 m × 1 m = 1 m², kun taas toisen laatikon pohja on 2,5 × 2,5 = 6,25 m². Koska paine on yhtä suuri kuin voima jaettuna pinta-alaan, kapea laatikko, jossa alle kuudesosa perusalasta toimii toisena laatikkona, käyttää 6,25 kertaa niin suuri paine alustalla kumppaninsa mukaan. Joten jos räikkäalusta tukee ensimmäistä laatikkoa, sen pitäisi pystyä pitämään myös toista yksin - jos pystyt nostamaan ne ylös!

Edellä olevassa esimerkissä ensimmäisen laatikon paine kaikilla pinnoilla, joilla se lepää, on (49000 N) / (1 m²) ja toisen on (49000 N) (6,25 m²). Standardijärjestelmän paineyksiköt ovat siten N / m², jota kutsutaan yleisemmin paskaliksi (Pa). Koska tämä toimii todellisessa maailmassa niin pienenä määränä, käytetään paljon yleisemmin kilopascalia (kPa).

ilmakehän paine maan pinnalla on noin101,325 Patai 101,3 kPa. Ihmisten paineen määrittämismenetelmien takia monet muut yksiköt ovat kuitenkin jokapäiväisessä käytössä. Yksi on torr, joka tunnetaan myös millimetreinä elohopeaa (mm Hg). (Kaikki uteliaisuutesi siitä, miksi tämä metalli valittiin, tyydytetään hetken kuluttua.) 101,3 kPa, jota kutsutaan myös 1 atm: ksi viitteeksi, vastaa tällä standardilla 760 torria. Koska 1 tuuma = 25,4 mm, 760 mm Hg = (760 / 25,4) = 29,92 painossa. Lopuksi 1 millibaari = 0,001 atm, joten ilmanpaine millibaareina = 1013 mbar.

Lopuksi, entä ne punnat neliötuumaa kohti (psi tai lb / in²) käytetään tyypillisesti rengaspaineen mittaamiseen Yhdysvalloissa? Kun olet käyttänyt lb: n ja kg: n sekä in: n ja m: n välisiä muunnoksia, voit osoittaa, että 101,3 kPa = 14,7 lb / in². Ottaen huomioon, että suositeltava auton renkaiden minimipaine on vain noin 30 psi, mitä tämä viittaa intuitioonne "vähäisestä" ilman painosta ja siten paineesta?

A painemittari on laite, joka mittaa ilmanpainetta astian avulla, jonka "U" -muotoinen putki on auki toisesta tai molemmista päistä. Suljetussa painemittarissa kaasunäyte viedään toiseen päähän, joka sitten suljetaan. Sitten toiseen päähän kaadetaan tunnetusti tiheä neste. Neste lakkaa liikkumasta, kun korkin ja nesteen väliin jääneen kaasun paine yhdessä paineen kanssa nestepylvään pohja tällä puolella vastaa ilmanpainetta plus nestekolonnin paine avoimessa tilassa puolella.

Nesteen korkeus avoimella puolella tulee olemaan korkeampi - sillä puolella, kun ilmanpaine on pienempi kuin kaasun paine ja - alempi avoimella puolella, kun ilmanpaine ylittää kaasun paineen. Voit käyttää tätä korkeuseroa laskeaksesi kaasun paineen.

Koska P = F / A = mg / A, m = ρV ja V = Ah sylinterimäiselle putkelle (ts. Tilavuus = pinta-ala ja korkeus), se voidaan osoittaa, että pystysuoran nestekolonnin tuottama paine on ρgh, missä h = korkeus sisään metriä. Tämä paine edustaa positiivista tai negatiivista eroa kaasun paineen ja ilmakehän paineen välillä.

• Mies- on latinankielinen sana sanalle käsi, joka tarkoittaa myös sitä, mistä "manipuloida" tulee; yksi helppo tapa välittää paineen käsite, jos se rajoittuu sanattomaan kielenkäyttöön, olisi kädellä painaminen kevyesti toisen ihmisen kohdalle.
  

• A barometri on eräänlainen painemittari, jota käytetään nimenomaan ilmanpaineen mittaamiseen.
  

• Manuaalista laitetta, jota käytetään verenpaineen mittaamiseen terveydenhuollossa, kutsutaan a verenpainemittari, kanssa verenvuoto- kääntäminen löyhästi "puristaa". Tämä johtuu siitä, että mansetti on täytettävä tasaisesti kättä vasten edellä kehon verenpaine sen oikean mittaamiseksi; heidän on kirjaimellisesti puristettava käsivartesi tehdäksesi niin.

Ilmanpaine ei ole vakio, ja se vaihtelee tyypillisellä alueella samalla tavalla kuin lämpötila ja muut geofysikaaliset määrät. Erillinen keskustelu sinänsä, tämä paine on luotettava indikaattori lähestyvästä säästä. Kun matalapainejärjestelmä tulee alueelle, seurauksena on yleensä pilviä, tuulta ja sateita, kun taas a korkeapainejärjestelmä tuottaa yleensä hyvää ja rauhallista säätä. (Sait sen? "Korkea paine" päättyy "rauhalliseksi"... vain fysiikan oudossa maailmassa!)