La pression, en physique, est la force divisée par l'unité de surface. La force, à son tour, est la masse multipliée par l'accélération. Cela explique pourquoi un aventurier hivernal est plus en sécurité sur une glace d'épaisseur douteuse s'il se couche à la surface plutôt que de se tenir debout; la force qu'il exerce sur la glace (sa masse multipliée par l'accélération descendante due à la gravité) est la même dans les deux cas, mais s'il est couché à plat plutôt que debout sur deux pieds, cette force est répartie sur une plus grande surface, abaissant ainsi la pression exercée sur le glace.
L'exemple ci-dessus traite de la pression statique - c'est-à-dire que rien dans ce "problème" ne bouge (et j'espère que cela restera ainsi !). La pression dynamique est différente, impliquant le mouvement d'objets à travers des fluides - c'est-à-dire des liquides ou des gaz - ou l'écoulement des fluides eux-mêmes.
L'équation de pression générale
Comme indiqué, la pression est la force divisée par la surface et la force est la masse multipliée par l'accélération. Masse (
\rho=\frac{m}{V}\text{ puis } = m=\rho V
De plus, pour les figures géométriques régulières, le volume divisé par la surface donne simplement la hauteur.
Cela signifie que pour, disons, une colonne de fluide se tenant dans un cylindre, la pression (P) peut être exprimé dans les unités standard suivantes :
P = {mg \above{1pt}A} = {ρVg \above{1pt}A}= ρg{V \above{1pt}A} = ρgh
Ici,hest la profondeur sous la surface du fluide. Cela révèle que la pression à n'importe quelle profondeur de fluide ne dépend pas réellement de la quantité de fluide qu'il y a; vous pourriez être dans un petit réservoir ou dans l'océan, et la pression ne dépend que de la profondeur.
Pression dynamique
Les fluides ne se contentent évidemment pas de rester dans des réservoirs; ils se déplacent, souvent pompés dans des tuyaux pour se déplacer d'un endroit à l'autre. Les fluides en mouvement exercent une pression sur les objets qu'ils contiennent tout comme les fluides immobiles, mais les variables changent.
Vous avez peut-être entendu dire que l'énergie totale d'un objet est la somme de son énergie cinétique (l'énergie de son mouvement) et de son potentiel l'énergie (l'énergie qu'il « emmagasine » dans le chargement du ressort ou étant loin au-dessus du sol), et que ce total reste constant en fermé systèmes. De même, la pression totale d'un fluide est sa pression statique, donnée par l'expressioneuhdérivée ci-dessus, ajoutée à sa pression dynamique, donnée par l'expression (1/2)v2.
L'équation de Bernoulli
La section ci-dessus est une dérivation d'une équation critique en physique, avec des implications pour tout ce qui se déplace dans un fluide ou subit un écoulement lui-même, y compris un avion, de l'eau dans un système de plomberie, ou balles de baseball. Formellement, c'est
P_{total} = ρgh + {1 \above{1pt}2} ρv^2
Cela signifie que si un fluide entre dans un système par un tuyau d'une largeur et d'une hauteur données et quitte le système à travers un tuyau avec une largeur différente et à une hauteur différente, la pression totale du système peut encore rester constant.
Cette équation repose sur un certain nombre d'hypothèses: Que la densité du fluideρne change pas, que l'écoulement du fluide est constant et que la friction n'est pas un facteur. Même avec ces restrictions, l'équation est extraordinairement utile. Par exemple, à partir de l'équation de Bernoulli, vous pouvez déterminer que lorsque l'eau quitte un conduit qui a un diamètre inférieur à celui de son point d'entrée, l'eau se déplacera plus rapidement (ce qui est probablement intuitif; les rivières montrent une plus grande vitesse lorsqu'elles traversent des canaux étroits) et sa pression à la vitesse la plus élevée sera plus faible (ce qui n'est probablement pas intuitif). Ces résultats découlent de la variation de l'équation
P_1 - P_2 = {1 \ci-dessus{1pt}2}ρ({v_2}^2 - {v_1}^2)
Ainsi, si les termes sont positifs et que la vitesse de sortie est supérieure à la vitesse d'entrée (c'est-à-direv2 > v1), la pression de sortie doit être inférieure à la pression d'entrée (c'est-à-direP2 < P1).
