Ako fungujú manometre?

Ak ste ako počasie, ste ako väčšina ľudí. To, čo vás zaujíma najviac, sú veci, ktoré vám diktujú šaty: Či už ste alebo nie počas vašej vonkajšej expozície pravdepodobne spadnú z oblohy zrážky, aká je teplota vzduchu a či je veterno.

V závislosti od toho, kde žijete a ročného obdobia, môžete tiež skontrolovať (niekedy s hrôzou), aby ste videli príbuzného úroveň vlhkosti, aby ste sa uistili, že ste dostatočne hydratovaní na potenie, ktoré bude pravdepodobne nasledovať pri vysokom čítanie.

Väčšina ľudí si uvedomuje jav atmosférického (zvyčajne sa nazýva barometrický) tlak, pretože ho počúva ako štandardnú vlastnosť predpovedí počasia, ale väčšina ľudí sa nedostane tak ďaleko, ako skúmanie toho, aký je vzťah, a prečo vzduch zažíva zmeny tlaku všetko. Nefúkajú vetry vodorovne, zatiaľ čo tlak sa meria zhora ako druh „tlačenia“?

Tlak je veličina vo fyzike, ktorá sa vzťahuje na takmer každý predstaviteľný fyzický proces. Súvisí to so silou F do oblasti A v rade kontextov je vyjadrený a definovaný matematicky v najjednoduchšej forme ako

Formálne je tlak meraním účinku šírenia sila (merané v newtonoch alebo N v štandardnom medzinárodnom systéme merania) cez nejaký skutočný alebo matematicky definovaný povrch (merané v štvorcových metroch alebo m²). Možno ste sa už stretli s problémami fyziky, pri ktorých pôsobí a pohybuje sa sila (napríklad gravitácia alebo vy sami) objekt s hmotnosťou, ale tlak sa líši v tom, že v skutočnosti opisuje zriedenie alebo koncentráciu sila.

• Predstavte si dve rôzne plné škatule, každá s objemom V. 10 m³ (kubické metre) a naplnené rovnomerným pevným materiálom s hustotou ρ

  polovičné ako množstvo vody alebo 0,5 kg / l alebo (500 kg / m³). Jedna skrinka je dlhá 1 m, široká 1 m a vysoká 10 m, zatiaľ čo druhá je dlhá 2,5 m, široká 2,5 m a vysoká 1,6 m. Ani jeden box sa nesmie otáčať zo svojej polohy. Ak by ste si chceli byť istí starodávne vyzerajúcou neďalekou plošinou mohol podpora buď políčko, ale mohol by si zvoliť iba jeden z týchto dvoch, ktorý z nich by si si vybral?
  Hmotnosti objektov sú rovnaké, pretože ich objemy a hustoty sú rovnaké (ρ = m / V, takže m = ρV = (500 kg / m³) (10 m³) = 5 000 kg. Vzhľadom na to, že gravitačné zrýchlenie na povrchu Zeme je 9,8 m / s², sila (alebo hmotnosť) každého boxu je preto (5 000 kg) (9,8 m / s2) = 49 000 N.
  Porovnajte však oblasti, na ktorých sú tieto príslušné hmoty rozložené: Prvé políčko má základňu (dĺžka krát šírka) 1 m × 1 m = 1 m², zatiaľ čo druhá skrinka má základňu 2,5 × 2,5 = 6,25 m². Pretože tlak sa rovná sile rozdelenej na plochu, bude pôsobiť úzka skrinka, s ktorou bude pracovať menej ako jedna šestina základnej plochy ako druhá skrinka. 6,25-krát väčší tlak na platforme tak, ako to urobí jej partner. Ak teda zchátralá plošina dokáže uniesť prvý box, mala by byť schopná držať aj druhý sám - za predpokladu, že ich tam môžete zdvihnúť!

Vo vyššie uvedenom príklade je tlak prvého boxu na akýkoľvek povrch, na ktorom spočíva, (49 000 N) / (1 m²) a hodnota druhej je (49 000 N) (6,25 m²). Jednotkami tlaku v štandardnom systéme sú teda N / m², bežnejšie nazývaný pascal (Pa). Pretože v skutočnom svete to funguje tak malé množstvo, oveľa častejšie sa používa kilopascal (kPa).

The tlak atmosféry na povrchu Zeme je asi101 325 Paalebo 101,3 kPa. Kvôli prostriedkom, pomocou ktorých ľudia určujú tlak, sa však každodenne používa množstvo ďalších jednotiek. Jedným z nich je torr, tiež známe ako milimetre ortuti (mm Hg). (Akékoľvek zaujímavosti, prečo ste vybrali tento kov, budú o chvíľu uspokojené.) 101,3 kPa, pre porovnanie tiež nazývaný 1 atm, sa podľa tejto normy rovná 760 torr. Pretože 1 palec = 25,4 mm, 760 mm Hg = (760 / 25,4) = 29,92 v Hg. Nakoniec 1 milibar = 0,001 atm, takže atmosférický tlak v milibaroch = 1 013 mbar.

A konečne, čo také tie libry na štvorcový palec (psi alebo lb / in)²), ktoré sa zvyčajne používajú na meranie tlaku v pneumatikách v Spojených štátoch? Po vyvolaní prepočtov medzi lb a kg a medzi in a m môžete ukázať, že 101,3 kPa = 14,7 lb / in². Vzhľadom na to, že odporúčaný minimálny tlak v pneumatikách automobilov je iba asi 30 psi, čo to naznačuje o vašej intuícii týkajúcej sa „zanedbateľnej“ hmotnosti, a teda tlaku vzduchu?

A manometer je zariadenie, ktoré meria tlak vzduchu pomocou zásobníka s rúrkou v tvare "U" otvorenou na jednom alebo na oboch koncoch. V uzavretom manometri sa na jeden koniec zavádza vzorka plynu, ktorá sa potom uzavrie. Potom sa na druhý koniec naleje tekutina so známou hustotou. Kvapalina sa zastaví, keď sa tlak plynu zachytí medzi viečkom a tekutinou spolu s tlakom pri spodok stĺpca kvapaliny na tejto strane zodpovedá tlaku vzduchu plus tlak stĺpca kvapaliny na otvorenom priestranstve strane.

Výška kvapaliny na otvorenej strane bude vyššie na tej strane, keď je tlak vzduchu nižší ako tlak plynu a nižšie na otvorenej strane, keď tlak vzduchu presahuje tlak plynu. Tento výškový rozdiel môžete použiť na výpočet tlaku plynu.

Pretože P = F / A = mg / A, m = ρV a V = Ah pre valcovú trubicu (t.j. objem = plocha krát výška), je možno preukázať, že tlak vytváraný vertikálnym stĺpcom kvapaliny je ρgh, kde h = výška v metrov. Tento tlak predstavuje kladný alebo záporný rozdiel medzi tlakom plynu a atmosférickým tlakom.

• Muž- je latinský koreň slova „ruka“, odtiaľ tiež pochádza „manipulovať“; jedným ľahkým spôsobom, ako vyjadriť pojem nátlak, ak je obmedzený na neverbálny jazyk, je použitie vašej ruky na jemné stlačenie proti inej osobe.
  

• A barometer je typ tlakomeru používaného špeciálne na meranie atmosférického tlaku.
  

• Ručné zariadenie používané na meranie krvného tlaku v zdravotníckom prostredí sa nazýva a tlakomer, s sphyg- voľne prekladať do „stlačiť“. Je to tak preto, lebo manžeta musí byť nafúknutá proti paži na úroveň vyššie krvný tlak v tele, aby ste ho mohli správne zmerať; na to musia doslova stlačiť ruku.

Atmosférický tlak nie je konštantný a mení sa v typickom rozmedzí rovnako ako teplota a iné geofyzikálne veličiny. Samostatná diskusia sama o sebe, tento tlak je spoľahlivým indikátorom blížiaceho sa počasia. Keď nízkotlakový systém vstupuje do oblasti, výsledkom sú väčšinou oblaky, vietor a zrážky, zatiaľ čo a vysokotlakový systém zvyčajne vytvára spravodlivé a pokojné počasie. (Získať to? „Vysoký tlak“ končí „pokojným“... iba v šialenom svete fyziky!)