Slėgis (fizika): apibrėžimas, vienetai, formulė ir pavyzdžiai

Slėgis yra viena iš svarbiausių fizikos sąvokų. Nors jūs neabejotinai įsivaizduosite, koks slėgis yra dėl tokių dalykų, kaip pateikti atmosferos slėgio rodmenys orų prognozes ar vandens slėgį jūsų namų šildymo sistemoje, kai studijuojate fiziką, išsami informacija reikalas. Išmokę tikslaus slėgio apibrėžimo, galite suprasti pagrindines sąvokas, susijusias su dujomis, termodinamika, plūdrumu ir daug kuo kitu.

Slėgis paprastai apibrėžiamas kaipjėgos kiekis ploto vienetui. Pagrindinis momentas, kai bandote suprasti slėgį, yra galvoti apie tai, kas vyksta atominiame lygyje esant skysčiui ar dujoms esant aukštam slėgiui. Jį sudarančios molekulės nuolat juda, o tai reiškia, kad jos visą laiką trankosi į indo sienas. Kuo daugiau jie juda (dėl aukštesnės temperatūros), tuo labiau jie atsitrenkia į indo sienas ir didesnis slėgis.

Tada apibrėžimas paprasčiausiai paverčia šį bendrą vaizdą aiškiu, fiziniu apibrėžimu. Kiekvieną kartą, kai molekulė atsitrenkia į konteinerio šoną, ji daro jai jėgą, o šių jėgų suma mažam interjero ruožui yra bendrasis slėgis. Patogiausias būdas tai padaryti yra pasirinkti plotą, kuris jūsų pasirinktoje matavimo sistemoje yra kvadratas, kuris yra kvadratas, ką apibrėžime reiškia „ploto vienetui“.

Matematiškai galite apibrėžti slėgį taip:

KurPyra spaudimas,Fyra jėga ant paviršiaus irAyra plotas.

SI slėgio vienetas yraPaskalis (Pa), kur 1 Pa = 1 N / m², t.y., vienas niutonas kvadratiniam metrui. Niutonas yra jėgos vienetas, todėl nesunku pastebėti, kad Paskalis atitinka slėgio vienetui keliamus reikalavimus. Tačiau „Pascal“ yra gana nedidelis vienetas tokiems dalykams kaip atmosferos slėgis, todėl taip pat yra gana daug alternatyvų. Vienas paprasčiausių būdų tai padaryti yra tiesiog naudoti kPa (t. Y. Kilopaskalius arba tūkstančius paskalų), tačiau yra ir kitų galimybių.

Labiausiai žinomas alternatyvus vienetas yrasvarų už kvadratinį colį (psi), kuris JAV naudojamas tokiems dalykams kaip vandens slėgis. Atmosferos slėgiui dažnai naudojamas tinkamai pavadintas vienetas „atmosferos“ (atm), nes 1 atm atitinka atmosferos slėgį jūros lygyje. Toras yra alternatyvus atmosferos slėgiui naudojamas vienetas, kuris apibrėžiamas kaip 1/760 a atmosfera arba 133,3 Pa. Meteorologijoje dažnai naudojami milibarai, kur 1 baras = 100 000 Pa ir 1 milibaras = 100 Pa.

Galiausiai yra keletas dar neįprastų slėgio vienetų, įskaitant gyvsidabrio milimetrus (mmHg), kurie yra apibrėžiamas remiantis 1 mm aukščio gyvsidabrio kolonos daromu slėgiu ir dažnai naudojamas kraujui spaudimas.

Iš pradžių tai buvo „torr“ tikslas, todėl neturėtų stebinti, kad jie abu yra iš esmės tas pats: 1 mmHg = 133,322 Pa. Galiausiai, kai kuriais atvejais slėgis matuojamas kaip dyna vienam kvadratui vertė centimetras. Čia dyna yra jėgos vienetas, kurio 1 dyna = 0,00001 Niutonų, taigi 1 dyna kvadratiniam centimetrui lygi 0,1 Pa.

Atmosferos slėgis jūros lygyje yra lygus 1 atmosferai arba maždaug 101 325 Pa. Tai yra adidelisvertė - tai daugiau nei gravitacijos jėga, tenkanti 10 000 kg materijos, stumianti jus žemynVisą laiką. Slėgis iš esmės yra tik šis, bet iš tikrųjų reikalas yra oras: slėgį tiesiogine prasme sukelia oro svoris, stumiantis žemę virš žemės paviršiaus.

Tai gali pasirodyti keista, nes jūs niekadapastebėtiatmosferos slėgis, nors jis ir yra toks didžiulis, bet jūs šioje aplinkoje išsivystėte, todėl to nepastebite. Yra slėgio matas, į kurį taip pat atsižvelgiama, vadinamasmanometrinis slėgis. Tai yra slėgio skirtumas tarp absoliutaus slėgio (t. Y. Bendro slėgio) ir atmosferos slėgio.

Pvz., Jei automobilyje yra visiškai nuleista padanga, prijungus matuoklį ji bus nulis. Tačiau yraoropadangos viduje, kurioje yra atmosferos slėgis; tiesiog ši informacija nėra aktuali, kai domina, ar kažkas panašaus į automobilio padangą yra tinkamai slėgis. Vis dar yra absoliutus slėgis, tačiau šiuo atveju (ir daugeliu kitų) matuoklio slėgis yra tai, ką jūs turite žinoti.

Vandens slėgis yra viena iš labiausiai žinomų slėgio formų kasdieniame gyvenime, tačiau esant hidrostatinei situacijai (ten, kur vanduo neteka), slėgis veikia kitaip, nei tai daroma šildant vandenį sistema. Tačiau tai yra įdomi situacija, į kurią reikia atkreipti dėmesį, kai pirmą kartą sužinosite apie spaudimą, nes spaudimas tokioje situacijoje priklauso nuo gylio.

Spaudimas (P) bet kokiame gylyje (d) pateikiama lygtimi:

Kurρ(„Rho“) yra skysčio tankis irgyra pagreitis dėl gravitacijos (Žemėje,g= 9,81 m / s²). Vandens tankis esant 20 ° C yraρ= 998 kg / m³, tačiau paprastai skaičiavimai yra labai supaprastinti, jei manote, kad 4 ° C temperatūraρ= 1000 kg / m³ arba 1 g / cm³. Taigi, jei apskaičiuojate vandens slėgį 25 m gylyje, lygtis rodo:

Barometras yra atmosferos slėgio (kartais vadinamas barometriniu slėgiu) matavimo prietaisas, veikiantis naudojant gyvsidabrio kolonėlę. Vamzdelis, kuriame yra gyvsidabrio - atidarytas viename gale, yra apverstas ir dedamas į rezervuarą, kuriame taip pat yra gyvsidabrio. Jį įrengus, rezervuaras yra atviras atmosferai, tačiau vamzdyje esantis gyvsidabris liečiasi tik su rezervuaru, o vamzdžio apvertimo procesas viršuje sukuria vakuumą.

Barometras matuoja slėgį, nes jėga, kurią lemia atmosferos slėgis (iš esmės svoris oro) stumia žemyn gyvsidabrį rezervuare ir tuo būdu stumia gyvsidabrį vamzdyje aukštyn.

Jei gyvsidabrio stulpelis sukuria vienodai didelę jėgą, nukreiptą žemyn (vandens slėgio lygtis iš ankstesnio skyriaus apibūdina šio jėga), pokyčių nebus, tačiau jei oro slėgis didesnis, gyvsidabrio lygis vamzdyje turės padidėti atitinkamu kiekiu, kad subalansuotų jėgos. Sukalibravus skalę, šią paprastą sistemą galima naudoti oro slėgiui matuoti.

Yra ir kitų slėgio pavyzdžių, kurie jums taip pat bus žinomi iš kasdienio gyvenimo, įskaitant kraujospūdį. Tai yra (matuoklio) slėgis, kurį sukelia jūsų širdis, pumpuodama kraują aplink kūną, ir tai matuojama mmHg (milimetrais). gyvsidabris), ir jūs turite du rodmenis: sistolinį slėgiui, kai jūsų širdis išstumia, ir diastolinį slėgiui tarp muša. Žinoma, slėgis ritmo metu yra didesnis iš dviejų, o idealus laikomas tarp 90/60 mmHg ir 120/80 mmHg.

Oro slėgis taip pat yra itin svarbi meteorologijos sąvoka, pagal kurią numatomos aukšto slėgio ir žemo slėgio sistemų padėties ir judesiai, siekiant numatyti oro pokyčius. Per santykį tarp atmosferos slėgio ir temperatūros ir to, kas atsitinka, kai žemo slėgio sistema atitinka aukšto slėgio sistemą, meteorologai prognozuoja temperatūrą ir tokius dalykus kaip vėjas skirtinguose regionuose.