La pression est l'un des concepts les plus importants de la physique. Bien que vous ayez sans aucun doute une idée de la pression à partir de choses comme les lectures de pression atmosphérique données dans les bulletins météorologiques ou la pression de l'eau dans le système de chauffage de votre maison, lorsque vous étudiez la physique, les détails vraiment matière. Apprendre la définition précise de la pression vous aide à comprendre les concepts clés liés aux gaz, à la thermodynamique, à la flottabilité et bien plus encore.
Définition de la pression
La pression est simplement définie comme laquantité de force par unité de surface. Le point clé lorsque vous essayez de comprendre la pression est de penser à ce qui se passe au niveau atomique dans un liquide ou un gaz à haute pression. Les molécules constitutives se déplacent constamment, ce qui signifie qu'elles heurtent constamment les parois du récipient. Plus ils bougent (en raison des températures plus élevées), plus ils heurtent les parois du conteneur et plus la pression est élevée.
La définition, alors, transforme simplement cette image générale en une définition physique claire. Chaque fois qu'une molécule heurte le côté d'un récipient, elle lui imprime une force, et la somme de ces forces pour une petite section de l'intérieur est la pression totale. La façon la plus pratique de le faire est de choisir une surface d'une « unité » au carré dans le système de mesure que vous avez choisi, ce que signifie « par unité de surface » dans la définition.
Mathématiquement, vous pouvez définir la pression comme :
P = \frac{F}{A}
OùPest la pression,Fest la force sur la surface etUNEest la zone.
Unités de pression
L'unité SI de pression est laPascal (Pa), où 1 Pa = 1 N/m2, soit un Newton par mètre carré. Le Newton est l'unité de force, il est donc facile de voir que le Pascal répond aux exigences d'une unité de pression. Cependant, le Pascal est une unité assez petite pour des choses comme la pression atmosphérique, il existe donc un assez grand nombre d'alternatives également utilisées. L'un des moyens les plus simples de le faire est d'utiliser simplement kPa (c'est-à-dire des kilopascals ou des milliers de pascals), mais il existe également d'autres options.
L'unité alternative la plus connue estlivres par pouce carré (psi), qui est utilisé aux États-Unis pour des choses comme la pression de l'eau. Pour la pression atmosphérique, l'unité bien nommée « atmosphères » (atm) est souvent utilisée, car 1 atm correspond à la pression atmosphérique au niveau de la mer. Le torr est une unité alternative utilisée pour les pressions atmosphériques, qui est définie comme 1/760 d'un atmosphère, ou 133,3 Pa. En météorologie, les millibars sont souvent utilisés, où 1 bar = 100 000 Pa et 1 millibar = 100 Pa.
Enfin, il existe des unités de pression encore plus inhabituelles, notamment les millimètres de mercure (mmHg), qui est défini sur la base de la pression exercée par une colonne de mercure de 1 mm de haut et est souvent utilisé pour le sang pression.
C'était à l'origine l'intention du torr, et il ne devrait donc pas être aussi surprenant que les deux soient essentiellement la même: 1 mmHg = 133,322 Pa. Enfin, dans certains cas, la pression est mesurée en tant que valeur en dyne par carré centimètre. Ici, la dyne est une unité de force avec 1 dyne = 0,00001 Newtons, et donc 1 dyne par centimètre carré équivaut à 0,1 Pa.
Pression atmosphérique
La pression atmosphérique au niveau de la mer est égale à 1 atmosphère, soit environ 101 325 Pa. C'est unénormevaleur - c'est plus que la force de gravité sur 10 000 kg de matière, qui vous poussetout le temps. La pression est essentiellement juste cela, mais la matière est en fait l'air: la pression est littéralement causée par le poids de l'air qui s'enfonce à la surface de la Terre.
Cela peut sembler étrange parce que vous neremarquerla pression atmosphérique, même si elle est si massive, mais vous avez évolué dans cet environnement, et donc vous ne le remarquez pas. Il existe une mesure de pression qui tient compte également de cela, appeléepression manométrique. C'est la différence de pression entre la pression absolue (c'est-à-dire la pression totale) et la pression atmosphérique.
Par exemple, si vous avez un pneu complètement crevé sur votre voiture, lorsque vous connectez une jauge, elle indique zéro. Cependant, il y aairà l'intérieur du pneu qui est à la pression atmosphérique; c'est juste que cette information n'est pas vraiment pertinente lorsque vous vous demandez si quelque chose comme un pneu de voiture est correctement pressurisé. Il y a toujours une pression absolue, mais dans ce cas (et bien d'autres) la pression manométrique est vraiment ce que vous devez savoir.
Pression de l'eau
La pression de l'eau est l'une des formes de pression les plus familières dans la vie de tous les jours, mais dans une situation hydrostatique (celui où l'eau ne coule pas), la pression fonctionne différemment de celle de votre chauffe-eau système. Cependant, c'est une situation intéressante à regarder lorsque vous apprenez la pression pour la première fois, car la pression dans une situation comme celle-ci dépend de la profondeur.
La pression (P) à n'importe quelle profondeur (ré) est donnée par l'équation :
P = gd
Oùρ("rho") est la densité du liquide etgest l'accélération due à la gravité (sur Terre,g= 9,81 m/s2). La densité de l'eau à 20 °C estρ= 998 kg/m3, mais en général les calculs sont grandement simplifiés si l'on suppose une température de 4 °C, oùρ= 1000kg/m3 ou 1 g/cm3. Donc, si vous calculez la pression de l'eau à une profondeur de 25 m, l'équation montre :
\begin{aligned} P &= ρgd \\ &= 1000 \text{ kg/m}^3 × 9,81 \text{ m/s}^2 × 25 \text{ m} \\ &=245250 \text{ Pa } = 245,3 \text{ kPa} \\ \end{aligned}
Comment fonctionne un baromètre
Un baromètre est un appareil de mesure de la pression atmosphérique (parfois appelée pression barométrique) qui fonctionne à l'aide d'une colonne de mercure. Un tube contenant du mercure – ouvert à une extrémité – est inversé et placé dans un réservoir qui contient également du mercure. Lorsqu'il est mis en place, le réservoir est ouvert à l'atmosphère, mais le mercure dans le tube n'est en contact qu'avec le réservoir, et le processus d'inversion du tube crée un vide dans le haut.
Le baromètre mesure la pression car la force due à la pression atmosphérique (essentiellement le poids de l'air) pousse vers le bas sur le mercure dans le réservoir et pousse ainsi le mercure dans le tube en haut.
Si la colonne de mercure crée une force tout aussi importante dirigée vers le bas (l'équation de la pression de l'eau de la section précédente décrit l'origine de cette force), il n'y aura pas de changement, mais si la pression de l'air est plus élevée, le niveau de mercure dans le tube devra augmenter d'une quantité correspondante pour équilibrer la les forces. Après avoir étalonné la balance, ce système simple peut être utilisé pour mesurer la pression atmosphérique.
Autres exemples
Il existe d'autres exemples de pression que vous connaissez également dans la vie de tous les jours, notamment la pression artérielle. Il s'agit de la pression (manométrique) créée par votre cœur qui pompe le sang dans votre corps, et elle est mesurée en mmHg (millimètres de mercure), et vous avez deux lectures: systolique pour la pression lorsque votre cœur pousse et diastolique pour la pression entre Beats. Bien sûr, la pression pendant les battements est le nombre le plus élevé des deux, et entre 90/60 mmHg et 120/80 mmHg est considérée comme idéale.
La pression atmosphérique est également un concept crucial en météorologie, qui cartographie les positions et les mouvements des systèmes à haute et basse pression pour prédire les changements météorologiques. Grâce à la relation entre la pression atmosphérique et la température, et ce qui se passe lorsqu'un système à basse pression rencontre un système de haute pression, les météorologues prédisent les températures et des choses telles que le vent dans différentes régions.