Trykk (fysikk): definisjon, enheter, formler og eksempler

Trykk er et av de viktigste begrepene i fysikk. Mens du utvilsomt vil ha en anelse om hva press er fra ting som atmosfæriske trykkavlesninger gitt i værmeldinger eller vanntrykk i ditt varmesystem, når du studerer fysikk, detaljene saken. Å lære den presise definisjonen av trykk hjelper deg med å forstå nøkkelbegreper knyttet til gasser, termodynamikk, oppdrift og mye mer.

Trykk er ganske enkelt definert sommengde kraft per arealenhet. Nøkkelpunktet når du prøver å forstå trykk er å tenke på hva som skjer på atomnivå i en væske eller gass ved høyt trykk. Komponentmolekylene beveger seg konstant, og dette betyr at de støter på veggene i beholderen hele tiden. Jo mer de beveger seg (på grunn av høyere temperaturer), desto mer støter de på beholderveggene og jo høyere trykk.

Definisjonen gjør da ganske enkelt dette generelle bildet til en klar, fysisk definisjon. Hver gang et molekyl slår på siden av en beholder, tilfører den en kraft på den, og summen av disse kreftene for en liten del av interiøret er det totale trykket. Den mest praktiske måten å gjøre dette på er å velge et område som er en "enhet" i kvadrat i det valgte målesystemet ditt, det er hva "per enhetsareal" betyr i definisjonen.

Matematisk kan du definere trykk som:

HvorPer press,Fer kraften på overflaten ogENer område.

SI-enheten for trykk erPascal (Pa), hvor 1 Pa = 1 N / m², dvs. en Newton per kvadratmeter. Newton er kraftenheten, så det er lett å se at Pascal oppfyller kravene til en trykkenhet. Imidlertid er Pascal ganske liten enhet for ting som atmosfærisk trykk, så det er ganske mange alternativer også i bruk. En av de enkleste måtene å gjøre dette på er å bare bruke kPa (dvs. kilopascal eller tusenvis av pascal), men det er også andre alternativer.

Den mest kjente alternative enheten erpounds per kvadrattomme (psi), som brukes i USA til ting som vanntrykk. For atmosfærisk trykk brukes den passende benevnte enheten "atmosfærer" (atm) ofte, fordi 1 atm tilsvarer atmosfæretrykk ved havnivå. Torr er en alternativ enhet som brukes til atmosfæriske trykk, som er definert som 1/760 av en atmosfære, eller 133,3 Pa. I meteorologi brukes ofte millibar, hvor 1 bar = 100.000 Pa og 1 millibar = 100 Pa.

Til slutt er det noen enda mer uvanlige enheter for trykk, inkludert millimeter kvikksølv (mmHg), som er definert ut fra trykket som utøves av en 1 mm høy kvikksølvkolonne og brukes ofte til blod press.

Dette var opprinnelig intensjonen til torr, og så det burde ikke komme så mye overraskende at de to er i det vesentlige det samme: 1 mmHg = 133,322 Pa. Til slutt måles i noen tilfeller trykk som en verdi i dyne per kvadrat centimeter. Her er fargen en kraftenhet med 1 dyne = 0,00001 Newton, og så tilsvarer 1 dyne per kvadratcentimeter 0,1 Pa.

Atmosfærisk trykk på havnivå er lik 1 atmosfære, eller rundt 101 325 Pa. Dette er enenormverdi - det er mer enn tyngdekraften på 10.000 kg materie, som skyver ned på deghele tiden. Trykket er egentlig bare dette, men saken er faktisk luften: Trykket er bokstavelig talt forårsaket av vekten av luften som skyver ned over jordens overflate.

Dette kan virke rart fordi du aldrilegge merke tilatmosfærisk trykk, selv om det er så massivt, men du har utviklet deg i dette miljøet, og så legger du ikke merke til det. Det er et mål på trykk som også tar hensyn til dettemåler trykk. Dette er trykkforskjellen mellom det absolutte trykket (dvs. totaltrykket) og atmosfæretrykket.

For eksempel, hvis du har et helt flatt dekk på bilen din, vil du lese null når du koblet til en måler. Imidlertid er detluftinne i dekket som har atmosfærisk trykk; det er bare at denne informasjonen ikke er veldig relevant når du er interessert i om noe som et bildekk er passende trykk. Det er fortsatt absolutt press, men i dette tilfellet (og mange andre) er målertrykket virkelig det du trenger å vite.

Vanntrykk er en av de mest kjente trykkformene i det daglige livet, men i en hydrostatisk situasjon (en der vannet ikke strømmer), fungerer trykket annerledes enn det gjør i vannoppvarmingen system. Dette er imidlertid en interessant situasjon å se på når du først lærer om press, fordi trykket i en situasjon som denne avhenger av dybden.

Presset (P) på hvilken som helst dybde (d) er gitt av ligningen:

Hvorρ("Rho") er væskens tetthet ogger akselerasjonen på grunn av tyngdekraften (på jorden,g= 9,81 m / s²). Tettheten av vann ved 20 ° C erρ= 998 kg / m³, men generelt er beregningene sterkt forenklet hvis du antar en temperatur på 4 ° C, hvorρ= 1000 kg / m³ eller 1 g / cm³. Så hvis du beregner vanntrykket på 25 m dybde, viser ligningen:

Et barometer er et apparat for måling av atmosfæretrykk (noen ganger kalt barometertrykk) som fungerer ved å bruke en kvikksølvkolonne. Et rør som inneholder kvikksølv - åpent i den ene enden - blir invertert og plassert i et reservoar som også inneholder kvikksølv. Når det er satt opp, er reservoaret åpent for atmosfæren, men kvikksølv i røret er bare i kontakt med reservoaret, og prosessen med å invertere røret skaper et vakuum i toppen.

Barometeret måler trykk fordi kraften på grunn av atmosfæretrykk (i utgangspunktet vekten av luften) skyver ned på kvikksølv i reservoaret og skyver derved kvikksølv i røret opp.

Hvis kvikksølvkolonnen skaper en like stor kraft rettet nedover (vanntrykkligningen fra forrige avsnitt beskriver opprinnelsen til denne kraft), vil det ikke være noen endring, men hvis lufttrykket er høyere, må kvikksølvnivået i røret øke med en tilsvarende mengde for å balansere krefter. Etter kalibrering av vekten kan dette enkle systemet brukes til å måle lufttrykket.

Det er andre eksempler på trykk du også vil være kjent med fra hverdagen, inkludert blodtrykk. Dette er (måler) trykket skapt av at hjertet ditt pumper blod rundt kroppen din, og dette er mål i mmHg (millimeter av kvikksølv), og du har to målinger: systolisk for trykket når hjertet ditt skyver ut og diastolisk for trykket mellom beats. Selvfølgelig er trykket under slag det høyere antallet av de to, og mellom 90/60 mmHg og 120/80 mmHg regnes som ideelt.

Lufttrykk er også et avgjørende begrep i meteorologi, som kartlegger posisjonene og bevegelsene til høytrykks- og lavtrykkssystemer for å forutsi endringer i været. Gjennom forholdet mellom atmosfærisk trykk og temperatur, og hva som skjer når et lavtrykkssystem møter et høytrykkssystem, forutsier meteorologer temperaturen og ting som vind i forskjellige regioner.