Kako rade manometri?

Kada provjeravate vrijeme, ako ste poput većine ljudi, ono što vas najviše zanima su stvari koje diktiraju vašu haljinu: Bez obzira na to jeste li ili ne neka vrsta oborina vjerojatno će pasti s neba tijekom vašeg izlaganja na otvorenom, kakva je temperatura zraka i je li to vjetrovito.

Ovisno o tome gdje živite i doba godine, također možete provjeriti (ponekad sa strahom) rodbinu razinu vlage, kako biste bili sigurni da ste dovoljno hidratizirani za znojenje koje će vjerojatno uslijediti s obzirom na visoku razinu čitanje.

Većina ljudi svjesna je pojave atmosferskog (obično zvanog barometarski) tlaka jer ga čuju kao standardnu ​​značajku vremenskih prognoza, ali većina ljudi ne stiže toliko daleko da istražuje kakav je odnos i zašto zrak osjeća promjene tlaka na svi. Ne pušu li vjetrovi vodoravno, dok se pritisak odozgo mjeri kao svojevrsno "guranje"?

Pritisak je veličina u fizici koja se odnosi na gotovo svaki zamislivi fizički proces. Odnosi se na silu F na područje A u mnoštvu konteksta, izražava se i matematički definira u najjednostavnijem obliku kao

Formalno, tlak je mjerenje učinka širenja sila (mjereno u njutnima ili N, u standardnom međunarodnom mjernom sustavu) na nekoj stvarnoj ili matematički definiranoj površini (mjereno u kvadratnim metrima ili m²). Možda ste se već susreli s fizičkim problemima u kojima sila (poput gravitacije ili vas samih) djeluje i kreće se objekt s masom, ali tlak je drugačiji po tome što u stvari opisuje razrjeđenje ili koncentraciju sila.

• Zamislite dvije različite pune kutije, svaka s volumenom V od 10 m³ (kubičnih metara) i ispunjena jednoličnim čvrstim materijalom gustoće ρ

  upola manje od vode, ili 0,5 kg / L, ili (500 kg / m³). Jedna je kutija dugačka 1 m, široka 1 m i visoka 10 m, dok je druga duga 2,5 m, široka 2,5 m i visoka 1,6 m. Nijednu kutiju ne smijete okretati sa svog položaja. Ako ste htjeli biti sigurni da postoji obližnja platforma prastarog izgleda mogli podrška ili okvir, ali možete potvrditi samo jedno od njih dvoje, koji biste odabrali?
  Mase predmeta su iste jer su im zapremine i gustoće jednake (ρ = m / V, dakle m = ρV = (500 kg / m³) (10 m³) = 5.000 kg. S obzirom na to da je ubrzanje zbog gravitacije na površini Zemlje 9,8 m / s², sila (ili težina) svake kutije je dakle (5.000 kg) (9,8 m / s2) = 49.000 N.
  Međutim, usporedite područja na kojima su raspoređene te mase: Prva kutija ima podnožje (duljina puta širina) od 1 m × 1 m = 1 m², dok druga kutija ima osnovu 2,5 × 2,5 = 6,25 m². Budući da je pritisak jednak sili podijeljenoj s površinom, uska kutija, s manje od šestine osnovne površine za rad kao druga kutija, djelovat će 6,25 puta veći pritisak na platformi kako će to učiniti njezin partner. Stoga, ako razuzdana platforma može podržati prvu kutiju, trebala bi moći držati i drugu - pod uvjetom da ih možete tamo podići!

U gornjem primjeru tlak prve kutije na bilo koju površinu na kojoj se oslanja iznosi (49 000 N) / (1 m²) a onaj drugog je (49 000 N) (6,25 m²). Jedinica tlaka u standardnom sustavu je dakle N / m², češće se naziva paskal (Pa). Budući da se ovo u stvarnom svijetu čini tako malom količinom, kilopaskal (kPa) je daleko češći.

The tlak atmosfere na površini Zemlje je oko101.325 Pa, ili 101,3 kPa. Zbog načina na koji ljudi određuju pritisak, brojni su drugi uređaji u svakodnevnoj upotrebi. Jedno je torr, poznat i kao milimetri žive (mm Hg). (Sve zanimljivosti zbog kojih je odabran ovaj metal bit će zadovoljene za trenutak.) 101,3 kPa, koji se također naziva i 1 atm za referencu, prema ovom standardu jednak je 760 torr. Budući da je 1 inč = 25,4 mm, 760 mm Hg = (760 / 25,4) = 29,92 u Hg. Napokon, 1 milibar = 0,001 atm, dakle atmosferski tlak u milibarima = 1,013 mbar.

Napokon, što je s onim kilogramima po kvadratnom inču (psi ili lb / in²) koji se obično koristi za mjerenje tlaka u gumama u Sjedinjenim Državama? Nakon poziva na pretvorbe između lb i kg te između in i m, možete pokazati da je 101,3 kPa = 14,7 lb / in². S obzirom na to da je preporučeni minimalni tlak u gumama automobila samo oko 30 psi, što to sugerira vašu intuiciju u vezi s „zanemarivom“ težinom, a time i tlakom zraka?

A manometar je uređaj koji mjeri tlak zraka pomoću spremnika s cijevi u obliku slova "U" otvorenom na jednom ili oba kraja. U zatvorenom manometru na jedan kraj uvodi se uzorak plina, koji se zatim zatvara. Zatim se na drugi kraj ulije tekućina poznate gustoće. Tekućina će se prestati kretati kad tlak plina zarobljenog između poklopca i tekućine zajedno s tlakom pri dno stupa tekućine s te strane odgovara tlaku zraka plus tlaku stupa tekućine na otvorenom strana.

Visina tekućine na otvorenoj strani bit će više s te strane kada je tlak zraka manji od tlaka plina i niži na otvorenoj strani kada tlak zraka prelazi tlak plina. Ovu visinsku razliku možete koristiti za izračun tlaka plina.

Budući da je P = F / A = mg / A, m = ρV i V = Ah za cilindričnu cijev (tj. Volumen = površina puta visina), može se pokazati da je tlak stvoren okomitim stupcem tekućine ρgh, gdje je h = visina u metara. Ovaj tlak predstavlja pozitivnu ili negativnu razliku između tlaka plina i atmosferskog tlaka.

• Čovjek- je latinski korijen za riječ koja znači ruka, "odakle i dolazi" manipulacija "; jedan od jednostavnih načina prenošenja koncepta pritiska, ako je ograničen na neverbalni jezik, bio bi da rukom pritisnete nježnu ruku.
  

• A barometar je vrsta manometra koji se koristi posebno za mjerenje atmosferskog tlaka.
  

• Ručni uređaj koji se koristi za mjerenje krvnog tlaka u zdravstvenim ustanovama naziva se a sfigmomanometar, sa sfig- labavo prevodeći u "stisnuti". To je zato što se manšeta mora napuhati na ruku do nivoa iznad tjelesni krvni tlak kako bi ga pravilno izmjerili; moraju to doslovno stisnuti za ruku.

Atmosferski tlak nije stalan i on varira unutar tipičnog raspona baš kao što to čine temperatura i druge geofizičke veličine. Odvojena rasprava za sebe, ovaj je pritisak pouzdan pokazatelj nadolazećeg vremena. Kad niskotlačni sustav uđe u neko područje, rezultat su obično oblaci, vjetar i oborine, dok a visokotlačni sustav obično proizvodi pošteno i mirno vrijeme. (Uzmi to? "Visoki pritisak" završava u "mirno"... samo u otkačenom svijetu fizike!)