圧力は、物理学で最も重要な概念の1つです。 あなたは間違いなく、で与えられた大気圧の読みのようなものから圧力が何であるかについてのいくらかの考えを持っているでしょうが 天気予報や家の暖房システムの水圧、物理学を勉強しているとき、詳細は本当に 案件。 圧力の正確な定義を学ぶことは、ガス、熱力学、浮力などに関連する重要な概念を理解するのに役立ちます。
圧力の定義
圧力は単に次のように定義されます単位面積あたりの力の量. 圧力を理解しようとするときの重要なポイントは、高圧の液体または気体の原子レベルで何が起こるかを考えることです。 構成分子は絶えず動き回っています。つまり、構成分子は常にコンテナの壁にぶつかっています。 （温度が高いために）移動するほど、コンテナの壁にぶつかり、圧力が高くなります。
したがって、この定義は、この全体像を明確で物理的な定義に変えるだけです。 分子が容器の側面に当たるたびに、分子は容器に力を与えます。内部の小さな部分に対するこれらの力の合計が全圧です。 これを行う最も便利な方法は、選択した測定システムで1つの「単位」の2乗である面積を選択することです。これは、定義で「単位面積あたり」が意味するものです。
数学的には、圧力を次のように定義できます。
P = \ frac {F} {A}
どこP圧力です、Fは表面にかかる力であり、Aエリアです。
圧力単位
圧力のSI単位はパスカル（Pa）、ここで1 Pa = 1 N / m2つまり、1平方メートルあたり1ニュートンです。 ニュートンは力の単位であるため、パスカルが圧力の単位の要件を満たしていることは簡単にわかります。 ただし、Pascalは大気圧などの単位としては非常に小さいため、非常に多くの代替手段が使用されています。 これを行う最も簡単な方法の1つは、単にkPa（つまり、キロパスカル、または数千パスカル）を使用することですが、他のオプションもあります。
最もよく知られている代替ユニットはポンド/平方インチ（psi）、米国では水圧などに使用されています。 大気圧の場合、1 atmは海面の大気圧に対応するため、適切な名前の単位「atmospheres」（atm）がよく使用されます。 トルは大気圧に使用される代替単位であり、 大気、または133.3 Pa。気象学では、ミリバールがよく使用されます。ここで、1バール= 100,000Paおよび1ミリバール = 100 Pa
最後に、水銀柱ミリメートル（mmHg）など、さらに珍しい圧力の単位がいくつかあります。 高さ1mmの水銀柱によって加えられる圧力に基づいて定義され、血液によく使用されます 圧力。
これはもともとトルの意図だったので、この2つが 本質的に同じ：1 mmHg = 133.322 Pa。最後に、場合によっては、圧力は1平方あたりのダインの値として測定されます。 センチメートル。 ここで、ダインは1ダイン= 0.00001ニュートンの力の単位であるため、1平方センチメートルあたり1ダインは0.1Paに相当します。
大気圧
海面での大気圧は1気圧、つまり約101,325Paに相当します。これは巨大な価値–それは10,000 kgの物質にかかる重力以上のものであり、あなたを押し下げますいつも. 圧力は本質的にこれだけですが、問題は実際には空気です。圧力は文字通り、地球の表面を押し下げる空気の重さによって引き起こされます。
あなたが決してしないので、これは奇妙に見えるかもしれません通知大気圧は非常に大きいのですが、あなたはこの環境で進化したので、気づきません。 これを考慮に入れた圧力の尺度もあります。ゲージ圧. これは、絶対圧力（つまり全圧）と大気圧の間の圧力差です。
たとえば、車に完全にパンクしたタイヤがある場合、ゲージを接続するとゼロになります。 ただし、空気大気圧のタイヤ内部。 車のタイヤのようなものが適切に加圧されているかどうかに関心がある場合、この情報は実際には関係がないというだけです。 絶対圧はまだありますが、この場合（および他の多くの場合）、ゲージ圧は本当にあなたが知る必要があるものです。
水圧
水圧は、日常生活で最もよく知られている圧力の1つですが、静水圧の状況では （水が流れていない場所）、圧力は給湯器とは異なる働きをします システム。 ただし、このような状況でのプレッシャーは深さに依存するため、これはプレッシャーについて最初に学習するときに見ると興味深い状況です。
圧力（P）任意の深さ（d）は次の式で与えられます。
P =ρgd
どこρ（「ロー」）は液体の密度であり、g重力による加速度です（地球上では、g= 9.81 m / s2). 20°Cでの水の密度はρ= 998 kg / m3、ただし、4°Cの温度を想定すると、一般的に計算は大幅に簡略化されます。ρ= 1000 kg / m3 または1g / cm3. したがって、25 mの深さで水圧を計算している場合、方程式は次のようになります。
\ 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}
気圧計のしくみ
気圧計は、水銀柱を使用して機能する大気圧（気圧と呼ばれることもあります）を測定するためのデバイスです。 水銀を含むチューブ（一端が開いている）を逆さにして、水銀も含むリザーバーに入れます。 設置時、リザーバーは大気に開放されていますが、チューブ内の水銀はリザーバーとのみ接触しており、チューブを反転させるプロセスによって上部が真空になります。
大気圧による力（基本的には重量）のため、気圧計は圧力を測定します 空気の）リザーバー内の水銀を押し下げ、それによってチューブ内の水銀を押し下げます アップ。
水銀柱が下向きの同じように大きな力を生み出す場合（前のセクションの水圧方程式はこれの起源を説明しています 力）、変化はありませんが、空気圧が高い場合、チューブ内の水銀のレベルは、バランスを取るために対応する量だけ増加する必要があります 力。 はかりを校正した後、このシンプルなシステムを使用して空気圧を測定できます。
その他の例
血圧など、日常生活でよく知っている圧力の例は他にもあります。 これは、心臓が体の周りに血液を送り出すことによって生成される（ゲージ）圧力であり、mmHg（水銀柱ミリメートル）で測定されます。 水銀）、そしてあなたは2つの測定値を持っています：あなたの心臓が押し出されたときの圧力の収縮期と間の圧力の拡張期 ビート。 もちろん、ビート中の圧力は2つのうち高い方であり、90 / 60mmHgから120 / 80mmHgの間が理想的であると考えられています。
気圧も気象学の重要な概念であり、高気圧と低気圧のシステムの位置と動きをマッピングして、天候の変化を予測します。 大気圧と気温の関係、そして低圧システムで何が起こるかを通して 気象学者は高圧システムに適合し、さまざまな地域の気温や風などを予測します。