Tlak je u fizici sila podijeljena s jedinicom površine. Sila je pak masa pomnožena s ubrzanjem. To objašnjava zašto je zimski avanturist sigurniji na ledu sumnjive debljine ako leži na površini, a ne stoji uspravno; sila koju djeluje na led (njegova masa pomnožena sa silaznim ubrzanjem uslijed gravitacije) jednaka je u oba slučaja, ali ako je ležeći ravno, a ne stojeći na dvije noge, ta se sila raspoređuje na veće područje, čime se smanjuje pritisak na led.
Gornji se primjer bavi statičkim pritiskom - to jest, ništa se u ovom "problemu" ne kreće (i nadamo se da će tako i ostati!). Dinamički pritisak je različit, uključuje kretanje predmeta kroz tekućine - odnosno tekućine ili plinove - ili sam protok tekućina.
Općenita jednadžba tlaka
Kao što je napomenuto, tlak je sila podijeljena s površinom, a sila je masa pomnožena s ubrzanjem. Misa (m), međutim, može se zapisati i kao umnožak gustoće (ρ) i volumen (V), jer je gustoća samo masa podijeljena s volumenom. Odnosno, budući da:
\ rho = \ frac {m} {V} \ text {tada} = m = \ rho V
Također, za pravilne geometrijske figure volumen podijeljen s površinom jednostavno daje visinu.
To znači da za, recimo, stup tekućine koji stoji u cilindru, tlak (Str) može se izraziti u sljedećim standardnim jedinicama:
P = {mg \ gore {1pt} A} = {ρVg \ gore {1pt} A} = ρg {V \ gore {1pt} A} = ρgh
Ovdje,hje dubina ispod površine tekućine. To otkriva da tlak na bilo kojoj dubini tekućine zapravo ne ovisi o količini tekućine; mogli biste biti u malom spremniku ili oceanu, a tlak ovisi samo o dubini.
Dinamički tlak
Tekućina očito ne sjedi samo u spremnicima; kreću se, često se pumpaju kroz cijevi da bi došli od mjesta do mjesta. Tekućine koje se kreću vrše pritisak na predmete u njima baš kao što tekućine stoje, ali varijable se mijenjaju.
Mogli ste čuti da je ukupna energija predmeta zbroj njegove kinetičke energije (energije njegovog kretanja) i njegovog potencijala energije (energija koju "pohranjuje" u proljetnom opterećenju ili je daleko iznad tla), te da taj ukupan broj ostaje konstantan u zatvorenom sustavima. Slično tome, ukupni tlak tekućine je njezin statički tlak, dan izrazomρghizvedeno gore, dodano njegovom dinamičkom pritisku, dato izrazom (1/2)ρv2.
Bernoullijeva jednadžba
Gornji odjeljak izvodi kritičnu jednadžbu u fizici, sa implikacijama na sve što kreće se kroz fluid ili doživljava sam tok, uključujući zrakoplov, vodu u vodovodnom sustavu ili baseballs. Formalno jest
P_ {ukupno} = ρgh + {1 \ iznad {1pt} 2} ρv ^ 2
To znači da ako tekućina uđe u sustav kroz cijev zadane širine i na zadanoj visini te napusti sustav kroz cijev različite širine i na različitoj visini, ukupan tlak sustava i dalje može ostati konstantno.
Ova se jednadžba oslanja na niz pretpostavki: da je gustoća tekućineρne mijenja se, da je protok tekućine stalan i da trenje nije faktor. Čak i uz ta ograničenja, jednadžba je izuzetno korisna. Na primjer, iz Bernoullijeve jednadžbe možete utvrditi da kada voda napusti kanal koji ima manjeg promjera od točke ulaska, voda će putovati brže (što je vjerojatno intuitivno; rijeke pokazuju veću brzinu pri prolasku kroz uske kanale) i njezin će pritisak pri većoj brzini biti niži (što vjerojatno nije intuitivno). Ovi rezultati proizlaze iz varijacije jednadžbe
P_1 - P_2 = {1 \ iznad {1pt} 2} ρ ({v_2} ^ 2 - {v_1} ^ 2)
Dakle, ako su uvjeti pozitivni, a izlazna brzina veća od ulazne (tj.v2 > v1), izlazni tlak mora biti niži od ulaznog tlaka (tj.Str2 < Str1).