Spiediens fizikā ir spēks dalīts ar laukuma vienību. Savukārt spēks ir masas reizes paātrinājums. Tas izskaidro, kāpēc ziemas piedzīvojumu meklētājs ir drošāks par apšaubāma biezuma ledu, ja viņš atrodas uz virsmas, nevis stāv taisni; spēks, ko viņš izdara uz ledus (viņa masa reizina ar lejupejošu paātrinājumu gravitācijas dēļ), abos gadījumos ir vienāds, bet, ja viņš ir guļot plakani, nevis stāvot uz divām kājām, šis spēks tiek sadalīts lielākā platībā, tādējādi pazeminot spiedienu, kas tiek izdarīts uz ledus.
Iepriekš minētais piemērs attiecas uz statisko spiedienu - tas ir, nekas šajā "problēmā" nepārvietojas (un, cerams, ka tas arī paliks!). Dinamiskais spiediens ir atšķirīgs, ietverot objektu kustību caur šķidrumiem - tas ir, šķidrumiem vai gāzēm - vai pašu šķidrumu plūsmu.
Vispārējais spiediena vienādojums
Kā atzīmēts, spiediens ir spēks, dalīts ar laukumu, un spēks ir masa un paātrinājums. Mise (m), tomēr var uzrakstīt arī kā blīvuma reizinājumu (ρ) un apjomu (V), jo blīvums ir tikai masa dalīta ar tilpumu. Tas ir, tā kā:
\ rho = \ frac {m} {V} \ text {then} = m = \ rho V
Arī parastām ģeometriskām figūrām tilpums, dalīts ar laukumu, vienkārši dod augstumu.
Tas nozīmē, ka, teiksim, šķidruma kolonnai, kas stāv cilindrā, spiediena (P) var izteikt šādās standarta vienībās:
P = {mg \ virs {1pt} A} = {ρVg \ virs {1pt} A} = ρg {V \ virs {1pt} A} = ρgh
Šeit,hir dziļums zem šķidruma virsmas. Tas atklāj, ka spiediens jebkurā šķidruma dziļumā faktiski nav atkarīgs no šķidruma daudzuma; jūs varētu atrasties nelielā tvertnē vai okeānā, un spiediens ir atkarīgs tikai no dziļuma.
Dinamiskais spiediens
Šķidrumi acīmredzami sēž ne tikai tvertnēs; viņi pārvietojas, bieži tiek sūknēti caur caurulēm, lai nokļūtu no vienas vietas uz otru. Kustīgie šķidrumi izdara spiedienu uz tajos esošajiem priekšmetiem tāpat kā stāvošie šķidrumi, bet mainīgie mainās.
Jūs, iespējams, esat dzirdējuši, ka objekta kopējā enerģija ir tā kinētiskās enerģijas (tā kustības enerģijas) un tā potenciāla summa enerģija (enerģija, ko tā "uzkrāj" pavasara slodzē vai atrodas tālu virs zemes), un ka šī summa paliek nemainīga slēgtā stāvoklī sistēmām. Līdzīgi šķidruma kopējais spiediens ir tā statiskais spiediens, ko dod izteiksmeρghiegūts iepriekš, pievienots tā dinamiskajam spiedienam, ko dod izteiksme (1/2)ρv2.
Bernulli vienādojums
Iepriekš minētā sadaļa ir fizikas kritiskā vienādojuma atvasinājums ar sekām visam citam pārvietojas pa šķidrumu vai pati piedzīvo plūsmu, ieskaitot lidmašīnu, ūdeni santehnikas sistēmā vai beisbola bumbas. Formāli tā ir
P_ {total} = ρgh + {1 \ virs {1pt} 2} ρv ^ 2
Tas nozīmē, ka, ja šķidrums iekļūst sistēmā caur cauruli ar noteiktu platumu un noteiktā augstumā un atstāj sistēmu caur cauruli ar citu platumu un citā augstumā sistēmas kopējais spiediens joprojām var palikt nemainīgs.
Šis vienādojums balstās uz vairākiem pieņēmumiem: ka šķidruma blīvumsρnemainās, ka šķidruma plūsma ir vienmērīga, un šī berze nav faktors. Pat ar šiem ierobežojumiem vienādojums ir ārkārtīgi noderīgs. Piemēram, no Bernulli vienādojuma jūs varat noteikt, ka tad, kad ūdens atstāj kanālu, kuram ir mazāks diametrs nekā tā ieejas punkts, ūdens pārvietosies ātrāk (kas, iespējams, ir intuitīvs; upes demonstrē lielāku ātrumu, ejot caur šauriem kanāliem), un tā spiediens pie lielāka ātruma būs mazāks (kas, iespējams, nav intuitīvs). Šie rezultāti izriet no vienādojuma variācijas
P_1 - P_2 = {1 \ virs {1pt} 2} ρ ({v_2} ^ 2 - {v_1} ^ 2)
Tādējādi, ja nosacījumi ir pozitīvi un izejas ātrums ir lielāks par ieejas ātrumu (tas ir,v2 > v1), izejas spiedienam jābūt zemākam par ieplūdes spiedienu (tas ir,P2 < P1).