Presiunea este unul dintre cele mai importante concepte din fizică. Cu toate că veți avea, fără îndoială, o idee despre ce este presiunea din lucruri precum citirile de presiune atmosferică date rapoartele meteo sau presiunea apei în sistemul de încălzire al casei dvs., atunci când studiați fizica, detaliile sunt cu adevărat contează. Învățarea definiției precise a presiunii vă ajută să înțelegeți conceptele cheie legate de gaze, termodinamică, flotabilitate și multe altele.
Definiția Pressure
Presiunea este pur și simplu definită cacantitatea de forță pe unitate de suprafață. Punctul cheie atunci când încercați să înțelegeți presiunea este să vă gândiți la ce se întâmplă la nivel atomic într-un lichid sau gaz la presiune ridicată. Moleculele constitutive se mișcă constant și acest lucru înseamnă că se lovesc tot timpul de pereții containerului. Cu cât se mișcă mai mult (din cauza temperaturilor mai ridicate), cu atât se lovesc mai mult de pereții containerului și cu atât presiunea este mai mare.
Prin urmare, definiția transformă pur și simplu această imagine generală într-o definiție fizică clară. De fiecare dată când o moleculă lovește partea laterală a unui container, aceasta îi conferă o forță și suma acestor forțe pentru o mică secțiune a interiorului este presiunea totală. Cel mai convenabil mod de a face acest lucru este să alegeți o zonă care este o „unitate” pătrată în sistemul de măsurare ales, ceea ce înseamnă „pe unitate de zonă” în definiție.
Matematic, puteți defini presiunea ca:
P = \ frac {F} {A}
UndePeste presiune,Feste forța de la suprafață șiAeste zona.
Unități de presiune
Unitatea SI de presiune estePascal (Pa), unde 1 Pa = 1 N / m2, adică un Newton pe metru pătrat. Newton este unitatea de forță, deci este ușor de văzut că Pascal îndeplinește cerințele pentru o unitate de presiune. Cu toate acestea, Pascal este o unitate destul de mică pentru lucruri precum presiunea atmosferică, deci există și un număr destul de mare de alternative. Una dintre cele mai simple modalități de a face acest lucru este să utilizați pur și simplu kPa (adică kilopascali sau mii de pascale), dar există și alte opțiuni.
Cea mai cunoscută unitate alternativă estelire pe inch pătrat (psi), care este utilizat în SUA pentru lucruri precum presiunea apei. Pentru presiunea atmosferică, unitatea numită corespunzător „atmosfere” (atm) este adesea utilizată, deoarece 1 atm corespunde presiunii atmosferice la nivelul mării. Torr este o unitate alternativă utilizată pentru presiunile atmosferice, care este definită ca 1/760 dintr-un atmosferă, sau 133,3 Pa. În meteorologie, se folosesc adesea milibari, unde 1 bar = 100.000 Pa și 1 milibar = 100 Pa.
În cele din urmă, există unele unități și mai neobișnuite pentru presiune, inclusiv milimetri de mercur (mmHg), care este definit pe baza presiunii exercitate de o coloană de mercur înaltă de 1 mm și este adesea utilizat pentru sânge presiune.
Aceasta a fost inițial intenția torr-ului și, prin urmare, nu ar trebui să surprindă atât de mult faptul că sunt cei doi în esență, același: 1 mmHg = 133.322 Pa. În cele din urmă, în unele cazuri, presiunea este măsurată ca valoare în dyne pe pătrat centimetru. Aici, dyna este o unitate de forță cu 1 dyne = 0,00001 Newtoni, și astfel 1 dyne pe centimetru pătrat este egal cu 0,1 Pa.
Presiune atmosferică
Presiunea atmosferică la nivelul mării este egală cu 1 atmosferă, sau în jur de 101.325 Pa. Aceasta este oimensvaloare - este mai mult decât forța gravitațională asupra a 10.000 kg de materie, împingând în jos asupra tatot timpul. Presiunea este în esență doar aceasta, dar materia este de fapt aerul: presiunea este literalmente cauzată de greutatea aerului care se împinge în jos pe suprafața Pământului.
Acest lucru s-ar putea părea ciudat pentru că tu nuînștiințarepresiunea atmosferică, deși este atât de masivă, dar ați evoluat în acest mediu și astfel nu o observați. Există o măsură de presiune care ia în considerare acest lucru, de asemenea, numitămasura presiunii. Aceasta este diferența de presiune dintre presiunea absolută (adică presiunea totală) și presiunea atmosferică.
De exemplu, dacă aveți o anvelopă complet plată pe mașină, atunci când ați conectat un ecartament, acesta va citi zero. Cu toate acestea, existăaerîn interiorul anvelopei care se află la presiunea atmosferică; doar că aceste informații nu sunt cu adevărat relevante atunci când vă interesează dacă ceva ca o anvelopă de mașină este presurizat în mod corespunzător. Există încă o presiune absolută, dar în acest caz (și multe altele) presiunea manometrului este cu adevărat ceea ce trebuie să știți.
Presiune a apei
Presiunea apei este una dintre cele mai familiare forme de presiune în viața de zi cu zi, dar într-o situație hidrostatică (unul în care apa nu curge), presiunea funcționează diferit față de modul în care se încălzește apa sistem. Cu toate acestea, aceasta este o situație interesantă de luat în considerare atunci când aflați pentru prima dată despre presiune, deoarece presiunea într-o astfel de situație depinde de profunzime.
Presiunea (P) la orice adâncime (d) este dat de ecuația:
P = ρgd
Undeρ(„Rho”) este densitatea lichidului șigeste accelerația datorată gravitației (pe Pământ,g= 9,81 m / s2). Densitatea apei la 20 ° C esteρ= 998 kg / m3, dar, în general, calculele sunt mult simplificate dacă presupuneți o temperatură de 4 ° C, undeρ= 1000 kg / m3 sau 1 g / cm3. Deci, dacă calculați presiunea apei la o adâncime de 25 m, ecuația arată:
\ begin {align} P & = ρgd \\ & = 1000 \ text {kg / m} ^ 3 × 9,81 \ text {m / s} ^ 2 × 25 \ text {m} \\ & = 245250 \ text {Pa } = 245.3 \ text {kPa} \\ \ end {align}
Cum funcționează un barometru
Un barometru este un dispozitiv pentru măsurarea presiunii atmosferice (uneori numită presiune barometrică) care funcționează folosind o coloană de mercur. Un tub care conține mercur - deschis la un capăt - este inversat și plasat într-un rezervor care conține, de asemenea, mercur. Când este instalat, rezervorul este deschis către atmosferă, dar mercurul din tub este doar în contact cu rezervorul, iar procesul de inversare a tubului creează un vid în partea superioară.
Barometrul măsoară presiunea deoarece forța datorată presiunii atmosferice (practic greutatea aerului) împinge în jos mercurul din rezervor și astfel împinge mercurul în tub sus.
Dacă coloana de mercur creează o forță la fel de mare îndreptată în jos (ecuația presiunii apei din secțiunea anterioară descrie originea acestei forță), nu va exista nicio modificare, dar dacă presiunea aerului este mai mare, nivelul de mercur din tub va trebui să crească cu o cantitate corespunzătoare pentru a echilibra forțelor. După calibrarea scalei, acest sistem simplu poate fi utilizat pentru a măsura presiunea aerului.
Alte exemple
Există și alte exemple de presiune cu care vă veți familiariza și din viața de zi cu zi, inclusiv tensiunea arterială. Aceasta este presiunea (ecartament) creată de inima care pompează sânge în jurul corpului și aceasta este măsurată în mmHg (milimetri de mercur), și aveți două citiri: sistolică pentru presiunea când inima vă împinge și diastolică pentru presiunea dintre bate. Desigur, presiunea în timpul bătăilor este numărul mai mare dintre cele două și între 90/60 mmHg și 120/80 mmHg este considerată ideală.
Presiunea aerului este, de asemenea, un concept crucial în meteorologie, care mapează pozițiile și mișcările sistemelor de înaltă presiune și de joasă presiune pentru a prezice schimbările vremii. Prin relația dintre presiunea atmosferică și temperatură și ce se întâmplă atunci când un sistem de presiune scăzută întâlnește un sistem de înaltă presiune, meteorologii prezic temperaturile și lucruri precum vântul din diferite regiuni.