წნევა (ფიზიკა): განმარტება, ერთეულები, ფორმულა და მაგალითები

წნევა ფიზიკაში ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ცნებაა. მიუხედავად იმისა, რომ თქვენ უეჭველად გექნებათ გარკვეული წარმოდგენა იმის შესახებ, თუ რა არის წნევა ატმოსფერული წნევის მაჩვენებლებისგან ამინდის ანგარიშები ან წყლის წნევა თქვენს სახლის გათბობის სისტემაში, როდესაც ფიზიკას სწავლობთ, დეტალები ნამდვილად არის მატერია. წნევის ზუსტი განსაზღვრის შესწავლა დაგეხმარებათ გაიგოთ ძირითადი ცნებები, რომლებიც დაკავშირებულია გაზებთან, თერმოდინამიკასთან, ფლორაციასთან და ბევრად უფრო.

წნევა უბრალოდ განისაზღვრება, როგორცძალის რაოდენობა ერთეულ ფართობზე. მთავარი წერტილი, როდესაც ცდილობთ გაიგოთ წნევა, არის ფიქრი იმაზე, თუ რა ხდება ატომურ დონეზე სითხეში ან გაზში მაღალი წნევის დროს. შემადგენელი მოლეკულები მუდმივად მოძრაობენ და ეს ნიშნავს, რომ ისინი მუდმივად ეჯახებიან კონტეინერის კედლებს. რაც უფრო მეტად მოძრაობენ (უფრო მაღალი ტემპერატურის გამო), მით უფრო მეტი ხვდება კონტეინერის კედლებს და მით უფრო მაღალია წნევა.

ამრიგად, განმარტება ამ ზოგად სურათს მარტივად, ფიზიკურ განსაზღვრებად აქცევს. ყოველთვის, როდესაც მოლეკულა შეჰყავს კონტეინერის მხარეს, ის მას ძალას ანიჭებს და ამ ძალების ჯამი ინტერიერის მცირე მონაკვეთისთვის არის მთლიანი წნევა. ამის ყველაზე მოსახერხებელი გზაა აირჩიოთ უბანი, რომელიც არის ერთი ”ერთეული” კვადრატში თქვენს მიერ არჩეულ გაზომვის სისტემაში, რასაც განმარტავს ”თითო ერთეულის ფართობი”.

მათემატიკურად შეგიძლიათ განსაზღვროთ ზეწოლა, როგორც:

სადპარის ზეწოლა,ვარის ძალა ზედაპირზე დააარის ფართობი.

SI წნევის ერთეული არისპასკალი (პა), სადაც 1 Pa = 1 N / მ², ანუ კვადრატულ მეტრზე ერთი ნიუტონი. ნიუტონი არის ძალების ერთეული, ასე რომ, ადვილი გასაგებია, რომ პასკალი აკმაყოფილებს წნევის ერთეულის მოთხოვნებს. ამასთან, პასკალი საკმაოდ მცირე ობიექტია ატმოსფერული წნევისთვის, ასე რომ, ალტერნატივების საკმაოდ დიდი რაოდენობაც გამოიყენება. ამის გაკეთების ერთ-ერთი უმარტივესი გზაა kPa (ანუ კილოპასკალები, ან ათასობით პასკალის) გამოყენება, მაგრამ არსებობს სხვა ვარიანტებიც.

ყველაზე ცნობილი ალტერნატიული ერთეულიაფუნტი კვადრატულ დიუმზე (psi), რომელსაც იყენებენ აშშ – ში ისეთი რამებისთვის, როგორიცაა წყლის წნევა. ატმოსფერული წნევისთვის ხშირად გამოიყენება სათანადოდ დასახელებული ერთეული "ატმოსფეროები" (ატმოსფერო), რადგან 1 ატმოსფერო შეესაბამება ატმოსფერულ წნევას ზღვის დონეზე. Torr არის ალტერნატიული ერთეული, რომელიც გამოიყენება ატმოსფერული წნევისთვის, რომელიც განისაზღვრება, როგორც 1/760 ატმოსფერო, ანუ 133.3 პა. მეტეოროლოგიაში ხშირად გამოიყენება მილიბარი, სადაც 1 ბარი = 100,000 პა და 1 მილიბარი = 100 პა.

დაბოლოს, არსებობს კიდევ რამდენიმე უჩვეულო წნევის ერთეული, მათ შორის ვერცხლისწყლის მილიმეტრიანი (mmHg), რომელიც განისაზღვრება 1 მმ სიმაღლის ვერცხლისწყლის სვეტის მიერ განხორციელებული წნევის საფუძველზე და ხშირად გამოიყენება სისხლისთვის ზეწოლა

თავდაპირველად ეს torr- ის განზრახვა იყო და ამიტომ არც ისე გასაკვირი უნდა იყოს ორი არსებითად იგივე: 1 mmHg = 133,322 Pa. დაბოლოს, ზოგიერთ შემთხვევაში წნევა იზომება დინის მნიშვნელობით კვადრატში სანტიმეტრი აქ, dyne არის ძალის ერთეული 1 dyne = 0.00001 Newtons, ასე რომ 1 dyne კვადრატულ სანტიმეტრზე უდრის 0.1 Pa.

ატმოსფერული წნევა ზღვის დონეზე უდრის 1 ატმოსფეროს, ანუ დაახლოებით 101,325 პაუზარმაზარიმნიშვნელობა - ეს უფრო მეტია, ვიდრე სიმძიმის ძალა 10,000 კგ მატერიაზე, რომელიც გიბიძგებს თქვენზეყოველთვის. წნევა არსებითად მხოლოდ ესაა, მაგრამ საქმე სინამდვილეში არის ჰაერი: ზეწოლა გამოწვეულია ფაქტიურად ჰაერის სიმძიმისგან, რომელიც დედამიწის ზედაპირს ეშვება.

ეს შეიძლება უცნაურად გამოიყურებოდეს, რადგან არასდროსშენიშვნაატმოსფერული წნევა, მიუხედავად იმისა, რომ ეს იმდენად მასიურია, მაგრამ თქვენ ამ გარემოში განვითარებული ხართ და ასე ვერ ამჩნევთ მას. არსებობს წნევის ზომა, რომელიც ითვალისწინებს ამას, ე.წ.ლიანდაგის წნევა. ეს არის წნევის სხვაობა აბსოლუტურ წნევას (ანუ მთლიან წნევას) და ატმოსფერულ წნევას შორის.

მაგალითად, თუ მანქანაში მთლიანად გაბრტყელებული საბურავი გაქვთ, ლიანდაგს რომ დააკავშირებდით, ის ნულის ტოლი იქნებოდა. თუმცა, არსებობსსაჰაეროსაბურავის შიგნით, რომელიც არის ატმოსფერული წნევა; უბრალოდ, ეს ინფორმაცია ნამდვილად არ არის შესაბამისი, როდესაც გაინტერესებთ, რამდენადაა საჭირო ავტომობილის საბურავის წნევა სათანადოდ? კვლავ არსებობს აბსოლუტური წნევა, მაგრამ ამ შემთხვევაში (და ბევრ სხვა შემთხვევაში) ლიანდაგის წნევა ნამდვილად არის ის, რაც თქვენ უნდა იცოდეთ.

წყლის წნევა არის წნევის ერთ-ერთი ყველაზე ცნობილი ფორმა ყოველდღიურ ცხოვრებაში, მაგრამ ჰიდროსტატიკურ სიტუაციაში (ის, სადაც წყალი არ მიედინება), წნევა განსხვავებულად მოქმედებს თქვენი წყლის გათბობის დროს სისტემა ამასთან, ეს საინტერესო სიტუაციაა, როდესაც პირველად შეისწავლით ზეწოლას, რადგან ასეთ სიტუაციაში ზეწოლა დამოკიდებულია სიღრმეზე.

Წნევა (პ) ნებისმიერ სიღრმეზე (დ) მოცემულია განტოლებით:

სადρ("Rho") არის სითხის სიმკვრივე დაგარის აჩქარება გრავიტაციის გამო (დედამიწაზე,გ= 9,81 მ / წმ²). წყლის სიმკვრივე 20 ° C- ზე არისρ= 998 კგ / მ³, მაგრამ, ზოგადად, გაანგარიშებები მნიშვნელოვნად გამარტივებულია, თუ ტემპერატურა 4 ° C- ზე გაქვთρ= 1000 კგ / მ³ ან 1 გ / სმ³. ასე რომ, თუ წყლის წნევას 25 მ სიღრმეზე გამოითვლით, განტოლება აჩვენებს:

ბარომეტრი არის ატმოსფერული წნევის გაზომვის მოწყობილობა (რომელსაც ზოგჯერ ბარომეტრიულ წნევას უწოდებენ), რომელიც მუშაობს მერკური სვეტის გამოყენებით. ვერცხლისწყლის შემცველი მილის შემობრუნება ხდება წყალსატევში, რომელიც ასევე შეიცავს ვერცხლისწყალს. როდესაც ის იქმნება, წყალსაცავი ღიაა ატმოსფეროში, მაგრამ ვერცხლისწყალი მილში მხოლოდ რეზერვუარს უკავშირდება და მილის ინვერსიის პროცესი ქმნის ზედა ნაწილში ვაკუუმს.

ბარომეტრი ზომავს წნევას, რადგან ატმოსფერული წნევის გამო ძალა (ძირითადად წონა) ჰაერის) უბიძგებს ვერცხლისწყალში წყალსატევში და ამით უბიძგებს ვერცხლისწყალს მილში მაღლა

თუ მერკური სვეტი ქმნის თანაბრად დიდ ძალას, რომელიც მიმართულია ქვემოთ (წყლის წნევის განტოლება წინა განყოფილებიდან აღწერს ამის წარმოშობას ძალა), არანაირი ცვლილება არ მოხდება, მაგრამ თუ ჰაერის წნევა უფრო მაღალია, მილში ვერცხლისწყლის დონე უნდა გაიზარდოს შესაბამისი რაოდენობით ბალანსის დასაბალანსებლად ძალებს. მასშტაბის დაკალიბრების შემდეგ, ამ მარტივი სისტემის საშუალებით შესაძლებელია ჰაერის წნევის გაზომვა.

არსებობს წნევის სხვა მაგალითები, რომლებიც თქვენც გაეცნობით ყოველდღიური ცხოვრებიდან, მათ შორის არტერიული წნევა. ეს არის (ლიანდაგი) წნევა, რომელსაც ქმნის გული, რომელსაც სისხლი აწვება თქვენს სხეულს და ეს იზომება mmHg (მილიმეტრამდე) ვერცხლისწყალი) და თქვენ გაქვთ ორი კითხვა: სისტოლური წნევის დროს, როდესაც გული გამოდის და დიასტოლური წნევა შორის სცემს. რა თქმა უნდა, წნევის დროს წნევა ორივეს მეტი რიცხვია და 90/60 mmHg და 120/80 mmHg შორის იდეალურად ითვლება.

ჰაერის წნევა ასევე გადამწყვეტი ცნებაა მეტეოროლოგიაში, რომელიც ასახავს მაღალი წნევის და დაბალი წნევის სისტემების პოზიციებს და მოძრაობებს ამინდის ცვლილებების პროგნოზირებისთვის. ატმოსფერულ წნევასა და ტემპერატურას შორის ურთიერთობის საშუალებით და რა ხდება, როდესაც დაბალი წნევის სისტემა აკმაყოფილებს მაღალი წნევის სისტემას, მეტეოროლოგები პროგნოზირებენ ტემპერატურასა და სხვა რამეებზე, როგორიცაა ქარი სხვადასხვა რეგიონში.