A pressão é um dos conceitos mais importantes da física. Embora você, sem dúvida, tenha alguma ideia do que é a pressão de coisas como leituras de pressão atmosférica fornecidas em boletins meteorológicos ou pressão da água no sistema de aquecimento de sua casa, quando você está estudando física, os detalhes realmente matéria. Aprender a definição precisa de pressão ajuda a entender os conceitos-chave relacionados a gases, termodinâmica, flutuabilidade e muito mais.
Definição de Pressão
A pressão é simplesmente definida como oquantidade de força por unidade de área. O ponto chave quando você está tentando entender a pressão é pensar sobre o que acontece no nível atômico em um líquido ou gás em alta pressão. As moléculas constituintes estão em constante movimento, e isso significa que estão batendo nas paredes do recipiente o tempo todo. Quanto mais eles se movem (devido a temperaturas mais altas), mais eles se chocam com as paredes do recipiente e maior é a pressão.
A definição, então, simplesmente transforma esse quadro geral em uma definição física clara. Cada vez que uma molécula atinge a lateral de um recipiente, ela transmite uma força a ele, e a soma dessas forças para uma pequena seção do interior é a pressão total. A maneira mais conveniente de fazer isso é escolher uma área que seja uma “unidade” ao quadrado em seu sistema de medição escolhido, que é o que “por unidade de área” significa na definição.
Matematicamente, você pode definir a pressão como:
P = \ frac {F} {A}
OndePé pressão,Fé a força na superfície eUMAé a área.
Unidades de pressão
A unidade SI de pressão é oPascal (Pa), onde 1 Pa = 1 N / m2, ou seja, um Newton por metro quadrado. O Newton é a unidade de força, então é fácil ver que o Pascal atende aos requisitos para uma unidade de pressão. No entanto, o Pascal é uma unidade bem pequena para coisas como pressão atmosférica, então há um grande número de alternativas em uso. Uma das maneiras mais simples de fazer isso é simplesmente usar kPa (ou seja, quilopascais ou milhares de pascais), mas também existem outras opções.
A unidade alternativa mais conhecida élibras por polegada quadrada (psi), que é usado nos EUA para coisas como pressão da água. Para a pressão atmosférica, a unidade apropriadamente chamada de “atmosferas” (atm) é freqüentemente usada, porque 1 atm corresponde à pressão atmosférica ao nível do mar. O torr é uma unidade alternativa usada para pressões atmosféricas, que é definida como 1/760 de um atmosfera, ou 133,3 Pa. Em meteorologia, milibares são frequentemente usados, onde 1 bar = 100.000 Pa e 1 milibar = 100 Pa.
Finalmente, existem algumas unidades ainda mais incomuns para pressão, incluindo milímetros de mercúrio (mmHg), que é definido com base na pressão exercida por uma coluna de mercúrio de 1 mm de altura e é frequentemente usado para sangue pressão.
Essa era originalmente a intenção do torr e, portanto, não deveria ser uma surpresa que os dois sejam essencialmente o mesmo: 1 mmHg = 133,322 Pa. Finalmente, em alguns casos, a pressão é medida como um valor em dine por quadrado centímetro. Aqui, o dine é uma unidade de força com 1 dine = 0,00001 Newtons e, portanto, 1 dine por centímetro quadrado é igual a 0,1 Pa.
Pressão atmosférica
A pressão atmosférica ao nível do mar é igual a 1 atmosfera, ou cerca de 101.325 Pa. Este é umenormevalor - é mais do que a força da gravidade em 10.000 kg de matéria, empurrando para baixo em vocêo tempo todo. A pressão é essencialmente apenas isso, mas a matéria na verdade é o ar: a pressão é literalmente causada pelo peso do ar empurrando para baixo sobre a superfície da Terra.
Isso pode parecer estranho porque você nuncaperceberpressão atmosférica, mesmo que seja tão grande, mas você evoluiu neste ambiente, então você não percebe isso. Existe uma medida de pressão que leva isso em consideração, também, chamadapressão manométrica. Esta é a diferença de pressão entre a pressão absoluta (ou seja, a pressão total) e a pressão atmosférica.
Por exemplo, se você tem um pneu completamente furado em seu carro, quando você conecta um medidor ele mostra zero. No entanto, existeardentro do pneu que está à pressão atmosférica; só que essa informação não é realmente relevante quando você está interessado em saber se algo como o pneu de um carro está devidamente pressurizado. Ainda há pressão absoluta, mas neste caso (e em muitos outros) a pressão manométrica é realmente o que você precisa saber.
Pressão da água
A pressão da água é uma das formas de pressão mais conhecidas no dia-a-dia, mas em uma situação hidrostática (aquele em que a água não está fluindo), a pressão funciona de maneira diferente da forma como funciona no aquecimento da água sistema. No entanto, esta é uma situação interessante para olhar quando você está aprendendo sobre pressão pela primeira vez, porque a pressão em uma situação como essa depende da profundidade.
A pressão (P) em qualquer profundidade (d) é dado pela equação:
P = ρgd
Ondeρ("Rho") é a densidade do líquido egé a aceleração devido à gravidade (na Terra,g= 9,81 m / s2). A densidade da água a 20 ° C éρ= 998 kg / m3, mas geralmente os cálculos são muito simplificados se você assumir uma temperatura de 4 ° C, ondeρ= 1000 kg / m3 ou 1 g / cm3. Então, se você está calculando a pressão da água a uma profundidade de 25 m, a equação mostra:
\ begin {alinhado} P & = ρgd \\ & = 1000 \ texto {kg / m} ^ 3 × 9,81 \ texto {m / s} ^ 2 × 25 \ texto {m} \\ & = 245250 \ texto {Pa } = 245,3 \ text {kPa} \\ \ end {alinhado}
Como funciona um barômetro
Um barômetro é um dispositivo para medir a pressão atmosférica (às vezes chamada de pressão barométrica) que funciona usando uma coluna de mercúrio. Um tubo contendo mercúrio - aberto em uma das extremidades - é invertido e colocado em um reservatório que também contém mercúrio. Quando está configurado, o reservatório é aberto para a atmosfera, mas o mercúrio no tubo está apenas em contato com o reservatório, e o processo de inverter o tubo cria um vácuo no topo.
O barômetro mede a pressão porque a força devida à pressão atmosférica (basicamente o peso do ar) empurra para baixo o mercúrio no reservatório e, assim, empurra o mercúrio no tubo pra cima.
Se a coluna de mercúrio cria uma força igualmente grande dirigida para baixo (a equação da pressão da água da seção anterior descreve a origem deste força), não haverá alteração, mas se a pressão do ar for mais alta, o nível de mercúrio no tubo terá que aumentar em uma quantidade correspondente para equilibrar o forças. Depois de calibrar a escala, este sistema simples pode ser usado para medir a pressão do ar.
Outros Exemplos
Existem outros exemplos de pressão com os quais você estará familiarizado na vida cotidiana também, incluindo a pressão arterial. Esta é a pressão (manométrica) criada pelo seu coração bombeando sangue pelo seu corpo, e é medida em mmHg (milímetros de mercúrio), e você tem duas leituras: sistólica para a pressão quando seu coração empurra para fora e diastólica para a pressão entre batidas. Claro, a pressão durante os batimentos é o maior número dos dois, e entre 90/60 mmHg e 120/80 mmHg é considerada ideal.
A pressão do ar também é um conceito crucial em meteorologia, que mapeia as posições e movimentos dos sistemas de alta e baixa pressão para prever mudanças no clima. Através da relação entre pressão atmosférica e temperatura, e o que acontece quando um sistema de baixa pressão encontra um sistema de alta pressão, os meteorologistas prevêem as temperaturas e coisas como o vento em diferentes regiões.