Tlak vo fyzike je sila vydelená jednotkovou plochou. Sila je zase hromadná doba zrýchlenia. To vysvetľuje, prečo je zimný dobrodruh bezpečnejší na ľade pochybnej hrúbky, ak si ľahne na povrch a nie stojí vzpriamene; sila, ktorú vyvíja na ľad (jeho hmotnosť krát zrýchlenie smerom nadol v dôsledku gravitácie), je v obidvoch prípadoch rovnaká, ale ak je ležiacu na plocho a nie na dvoch nohách, je táto sila rozložená na väčšiu plochu, čím sa zníži tlak vyvíjaný na ľad.
Vyššie uvedený príklad sa zaoberá statickým tlakom - to znamená, že nič v tomto „probléme“ sa nehýbe (a dúfajme, že to tak aj zostane!). Dynamický tlak je odlišný a zahŕňa pohyb predmetov cez kvapaliny - to znamená, kvapaliny alebo plyny - alebo samotný tok tekutín.
Všeobecná tlaková rovnica
Ako bolo uvedené, tlak je sila vydelená oblasťou a sila je hromadná doba zrýchlenia. Omša (m) sa však dá zapísať aj ako produkt hustoty (ρ) a objem (V.), pretože hustota je iba hmotnosť vydelená objemom. Teda od:
\ rho = \ frac {m} {V} \ text {then} = m = \ rho V
Pre bežné geometrické obrazce tiež objem vydelený plochou predstavuje výšku.
To znamená, že napríklad pre stĺpec tekutiny stojaci vo valci, tlak (P) možno vyjadriť v nasledujúcich štandardných jednotkách:
P = {mg \ vyššie {1pt} A} = {ρVg \ vyššie {1pt} A} = ρg {V \ vyššie {1pt} A} = ρgh
Tu,hje hĺbka pod povrchom tekutiny. To ukazuje, že tlak v akejkoľvek hĺbke tekutiny v skutočnosti nezávisí od toho, koľko tekutiny tam je; môžete byť v malej nádrži alebo v oceáne a tlak závisí iba od hĺbky.
Dynamický tlak
Tekutiny zjavne nesedia iba v nádržiach; pohybujú sa, často sú prečerpávané potrubím, aby sa dostali z miesta na miesto. Pohybujúce sa tekutiny vyvíjajú tlak na objekty v nich rovnako ako stojace tekutiny, ale premenné sa menia.
Možno ste počuli, že celková energia objektu je súčtom jeho kinetickej energie (energia jeho pohybu) a jeho potenciálu energie (energia, ktorú si „ukladá“ pri pružinovom zaťažení alebo je vysoko nad zemou), a že tento súčet zostáva stále uzavretý systémov. Podobne je celkovým tlakom kvapaliny jej statický tlak daný výrazomρghodvodené vyššie, pridané k jeho dynamickému tlaku danému výrazom (1/2)ρv2.
Bernoulliho rovnica
Vyššie uvedená časť je odvodením kritickej rovnice vo fyzike s dôsledkami na čokoľvek iné sa pohybuje tekutinou alebo prežíva samotný tok vrátane lietadla, vody vo vodovodnom systéme alebo bejzbaly. Formálne je
P_ {total} = ρgh + {1 \ nad {1pt} 2} ρv ^ 2
To znamená, že ak kvapalina vstupuje do systému potrubím s danou šírkou a v danej výške a opúšťa systém potrubím s inou šírkou a inou výškou môže stále zostať celkový tlak systému konštantný.
Táto rovnica sa spolieha na množstvo predpokladov: že hustotu kvapalinyρsa nemení, tok kvapaliny je stabilný a trenie nie je činiteľom. Aj pri týchto obmedzeniach je rovnica mimoriadne užitočná. Napríklad z Bernoulliho rovnice môžete určiť, že keď voda opustí potrubie, ktoré má a menší priemer ako jeho vstupné miesto, voda bude cestovať rýchlejšie (čo je pravdepodobne intuitívne; rieky preukazujú väčšiu rýchlosť pri prechode úzkymi kanálmi) a jeho tlak pri vyššej rýchlosti bude nižší (čo pravdepodobne nie je intuitívne). Tieto výsledky vyplývajú z variácie rovnice
P_1 - P_2 = {1 \ nad {1pt} 2} ρ ({v_2} ^ 2 - {v_1} ^ 2)
Ak sú teda výrazy kladné a výstupná rýchlosť je väčšia ako vstupná rýchlosť (tj.v2 > v1), výstupný tlak musí byť nižší ako vstupný tlak (tj.P2 < P1).