Presiunea, în fizică, este forța împărțită la unitatea de suprafață. La rândul său, forța este accelerarea masei. Acest lucru explică de ce un aventurier de iarnă este mai sigur pe gheață cu grosime discutabilă dacă se așează la suprafață, mai degrabă decât să stea în poziție verticală; forța pe care o exercită asupra gheții (masa sa crește accelerarea descendentă din cauza gravitației) este aceeași în ambele cazuri, dar dacă este întinsă mai degrabă decât în picioare pe două picioare, această forță este distribuită pe o zonă mai mare, scăzând astfel presiunea pusă pe gheaţă.
Exemplul de mai sus se referă la presiunea statică - adică nimic din această „problemă” nu se mișcă (și sperăm că rămâne așa!). Presiunea dinamică este diferită, implicând mișcarea obiectelor prin fluide - adică lichide sau gaze - sau fluxul de fluide în sine.
Ecuația generală a presiunii
După cum sa menționat, presiunea este forța împărțită la suprafață, iar forța este masa de ori accelerare. Masă (m), totuși, poate fi scris și ca produs al densității (
\ rho = \ frac {m} {V} \ text {then} = m = \ rho V
De asemenea, pentru figurile geometrice regulate, volumul împărțit la suprafață dă pur și simplu înălțime.
Aceasta înseamnă că, pentru, să zicem, o coloană de fluid care stă într-un cilindru, presiunea (P) poate fi exprimat în următoarele unități standard:
P = {mg \ above {1pt} A} = {ρVg \ above {1pt} A} = ρg {V \ above {1pt} A} = ρgh
Aici,heste adâncimea de sub suprafața fluidului. Acest lucru relevă că presiunea la orice adâncime a fluidului nu depinde de fapt de cât de mult lichid există; ai putea fi într-un tanc mic sau ocean, iar presiunea depinde doar de adâncime.
Presiune dinamică
Lichidele, evident, nu stau doar în rezervoare; se mișcă, fiind deseori pompate prin țevi pentru a ajunge dintr-un loc în altul. Fluidele în mișcare exercită presiune asupra obiectelor din interiorul lor la fel ca fluidele în picioare, dar variabilele se schimbă.
S-ar putea să fi auzit că energia totală a unui obiect este suma energiei sale cinetice (energia mișcării sale) și a potențialului său energie (energia pe care o „stochează” primăvara încărcându-se sau fiind mult deasupra solului) și că acest total rămâne constant în închis sisteme. În mod similar, presiunea totală a unui fluid este presiunea sa statică, dată de expresieρghderivat mai sus, adăugat la presiunea sa dinamică, dat de expresia (1/2)ρv2.
Ecuația Bernoulli
Secțiunea de mai sus este o derivare a unei ecuații critice în fizică, cu implicații pentru orice se mișcă printr-un fluid sau curge experiențele în sine, inclusiv aeronave, apă într-un sistem sanitar sau baseball-uri. În mod formal, este
P_ {total} = ρgh + {1 \ above {1pt} 2} ρv ^ 2
Aceasta înseamnă că dacă un fluid intră într-un sistem printr-o țeavă cu o lățime dată și la o înălțime dată și părăsește sistemul printr-o țeavă cu o lățime diferită și la o înălțime diferită, presiunea totală a sistemului poate rămâne în continuare constant.
Această ecuație se bazează pe o serie de ipoteze: că densitatea fluiduluiρnu se schimbă, fluxul fluid este constant și fricțiunea nu este un factor. Chiar și cu aceste restricții, ecuația este extraordinar de utilă. De exemplu, din ecuația Bernoulli, puteți determina că atunci când apa părăsește un canal care are o cu un diametru mai mic decât punctul de intrare, apa va călători mai repede (ceea ce este probabil intuitiv; râurile demonstrează o viteză mai mare atunci când trec prin canale înguste) și presiunea sa la viteza mai mare va fi mai mică (ceea ce probabil nu este intuitiv). Aceste rezultate rezultă din variația ecuației
P_1 - P_2 = {1 \ peste {1pt} 2} ρ ({v_2} ^ 2 - {v_1} ^ 2)
Astfel, dacă termenii sunt pozitivi și viteza de ieșire este mai mare decât viteza de intrare (adicăv2 > v1), presiunea de ieșire trebuie să fie mai mică decât presiunea de intrare (adicăP2 < P1).