Tlak je eden najpomembnejših konceptov v fiziki. Medtem ko boste nedvomno imeli kakšno predstavo o tem, kakšen je tlak zaradi stvari, kot so odčitki atmosferskega tlaka, podani v vremenska poročila ali pritisk vode v ogrevalnem sistemu vašega doma, ko študirate fiziko, podrobnosti res zadeve. Učenje natančne definicije tlaka vam pomaga razumeti ključne koncepte, povezane s plini, termodinamiko, vzgonom in še veliko več.
Opredelitev tlaka
Tlak je preprosto opredeljen kotkoličina sile na enoto površine. Ključna točka, ko poskušate razumeti pritisk, je razmišljati o tem, kaj se dogaja na atomski ravni v tekočini ali plinu pod visokim tlakom. Sestavne molekule se nenehno premikajo, kar pomeni, da se ves čas zaletavajo v stene posode. Bolj ko se premikajo (zaradi višjih temperatur), bolj se zaletavajo v stene posode in večji je tlak.
Definicija torej preprosto spremeni to splošno sliko v jasno fizično definicijo. Vsakič, ko molekula udari ob stran posode, ji naloži silo, vsota teh sil za majhen del notranjosti pa je skupni tlak. Najprimernejši način za to je, da izberete območje, ki je v izbranem merilnem sistemu ena "enota" na kvadrat, kar v definiciji pomeni "na enoto površine".
Matematično lahko tlak določite kot:
P = \ frac {F} {A}
KjePje pritisk,Fje sila na površino inAje območje.
Tlačne enote
Enota tlaka SI jePascal (Pa), kjer je 1 Pa = 1 N / m2, torej en Newton na kvadratni meter. Newton je enota sile, zato je enostavno videti, da Pascal izpolnjuje zahteve za enoto tlaka. Vendar je Pascal precej majhna enota za stvari, kot je atmosferski tlak, zato je v uporabi tudi veliko število alternativ. Eden najpreprostejših načinov za to je preprosta uporaba kPa (tj. Kilopaskalov ali tisoč paskalov), vendar obstajajo tudi druge možnosti.
Najbolj znana alternativna enota jefuntov na kvadratni palec (psi), ki se v ZDA uporablja za stvari, kot je pritisk vode. Za atmosferski tlak se pogosto uporablja ustrezno imenovana enota "atmosfere" (atm), ker 1 atm ustreza atmosferskemu tlaku na morski gladini. Torr je alternativna enota, ki se uporablja za atmosferske tlake in je opredeljena kot 1/760 an ozračje ali 133,3 Pa. V meteorologiji se pogosto uporabljajo milibarji, kjer je 1 bar = 100 000 Pa in 1 milibar = 100 Pa.
Na koncu obstaja še nekaj bolj nenavadnih enot za tlak, vključno z milimetri živega srebra (mmHg), ki je opredeljen na podlagi pritiska, ki ga izvaja 1 mm visok stolpec živega srebra, in se pogosto uporablja za kri pritisk.
To je bil prvotni namen torrja, zato ne bi smelo biti toliko presenečenje, da sta oba v bistvu enako: 1 mmHg = 133,322 Pa. Končno se v nekaterih primerih tlak meri kot vrednost v dinam na kvadrat centimeter. Tu je din enota sile z 1 dinom = 0,00001 njutna in tako je 1 din na kvadratni centimeter enak 0,1 Pa.
Zračni tlak
Atmosferski tlak na morski gladini je enak 1 atmosferi ali približno 101.325 Pa. To je aogromnovrednost - to je več kot sila teže na 10.000 kg snovi, ki te potiska navzdolves čas. Tlak je v bistvu samo to, zadeva pa je v resnici zrak: pritisk dobesedno povzroča teža zraka, ki potiska navzdol po površini Zemlje.
To se morda zdi čudno, ker nikoliopazitiatmosferski tlak, čeprav je tako masiven, vendar ste se v tem okolju razvili in ga zato ne opazite. Obstaja mera pritiska, ki upošteva tudi to, imenovanomerilni tlak. To je razlika v tlaku med absolutnim tlakom (tj. Skupnim tlakom) in atmosferskim tlakom.
Če imate na primer na avtomobilu popolnoma prazno pnevmatiko, bo pri priključitvi merilnika odčitano nič. Vendar obstajazrakznotraj pnevmatike, ki je pod atmosferskim tlakom; preprosto te informacije niso zares pomembne, ko vas zanima, ali je kaj takega kot avtomobilska pnevmatika primerno pod tlakom. Absolutni tlak še vedno obstaja, toda v tem primeru (in mnogih drugih) je tlak v resnici tisto, kar morate vedeti.
Tlak vode
Tlak vode je ena najbolj znanih oblik pritiska v vsakdanjem življenju, vendar v hidrostatični situaciji (tista, kjer voda ne teče), tlak deluje drugače kot pri ogrevanju vode sistem. Vendar je to zanimiva situacija, ki si jo je treba ogledati, ko se prvič učite o pritisku, ker je pritisk v takšni situaciji odvisen od globine.
Tlak (P) na kateri koli globini (d) je dana z enačbo:
P = ρgd
Kjeρ("Rho") je gostota tekočine ingje pospešek zaradi gravitacije (na Zemlji,g= 9,81 m / s2). Gostota vode pri 20 ° C jeρ= 998 kg / m3, vendar so na splošno izračuni močno poenostavljeni, če predpostavimo temperaturo 4 ° C, kjerρ= 1000 kg / m3 ali 1 g / cm3. Torej, če računate tlak vode na globini 25 m, enačba kaže:
\ začetek {poravnano} P & = ρgd \\ & = 1000 \ besedilo {kg / m} ^ 3 × 9,81 \ besedilo {m / s} ^ 2 × 25 \ besedilo {m} \\ & = 245250 \ besedilo {Pa } = 245,3 \ besedilo {kPa} \\ \ konec {poravnano}
Kako deluje barometer
Barometer je naprava za merjenje atmosferskega tlaka (včasih imenovana tudi zračni tlak), ki deluje s pomočjo živega srebra. Cev, ki vsebuje živo srebro - na enem koncu odprta - se obrne in postavi v rezervoar, ki vsebuje tudi živo srebro. Ko je postavljen, je rezervoar odprt za ozračje, vendar je živo srebro v cevi le v stiku z rezervoarjem, postopek obračanja cevi pa na vrhu ustvari vakuum.
Barometer meri tlak, ker sila zaradi atmosferskega tlaka (v bistvu teža zraka) potisne živo srebro v rezervoarju in s tem potisne živo srebro v cevi gor.
Če stolpec živega srebra ustvari enako veliko silo, usmerjeno navzdol (enačba vodnega tlaka iz prejšnjega oddelka opisuje izvor te sile), sprememb ne bo, če pa je zračni tlak večji, se bo morala stopnja živega srebra v cevi povečati za ustrezno količino, da se uravnoteži sile. Po kalibraciji tehtnice lahko ta preprost sistem uporabite za merjenje zračnega tlaka.
Drugi primeri
Obstajajo tudi drugi primeri pritiska, ki jih poznate tudi iz vsakdanjega življenja, vključno s krvnim tlakom. To je (merilni) tlak, ki ga ustvari vaše srce, ki črpa kri po telesu, in je v mmHg (milimetrov) živo srebro) in imate dva odčitka: sistolični za tlak, ko srce potisne ven, in diastolični za tlak med utripov. Seveda je tlak med utripi večje število obeh in idealno se šteje med 90/60 mmHg in 120/80 mmHg.
Zračni tlak je tudi ključni koncept v meteorologiji, ki prikazuje položaje in gibanja visokotlačnih in nizkotlačnih sistemov za napovedovanje vremenskih sprememb. Skozi razmerje med atmosferskim tlakom in temperaturo ter kaj se zgodi, ko sistem z nizkim tlakom meteorologi napovedujejo temperature in stvari, kot je veter, v različnih regijah.