Trycket i fysik är kraft dividerat med enhetsarea. Kraft är i sin tur mass gånger acceleration. Detta förklarar varför en vinter äventyrare är säkrare på is av tvivelaktig tjocklek om han ligger på ytan snarare än att stå upprätt; den kraft han utövar på isen (hans massa gånger nedåtgående på grund av tyngdkraften) är densamma i båda fallen, men om han är ligger platt snarare än att stå på två fötter, fördelas denna kraft över ett större område och därigenom sänker trycket på is.
Ovanstående exempel handlar om statiskt tryck - det vill säga att inget i detta "problem" rör sig (och förhoppningsvis förblir det så!). Det dynamiska trycket är annorlunda och involverar rörelse av föremål genom vätskor - det vill säga vätskor eller gaser - eller själva vätskeflödet.
Allmänna tryckekvationen
Som nämnts är trycket kraft dividerat med arean, och kraften är massa gånger acceleration. Mässa (m) kan dock också skrivas som produkten av densitet (ρ) och volym (V), eftersom densiteten bara är massa dividerat med volym. Det vill säga eftersom:
\ rho = \ frac {m} {V} \ text {då} = m = \ rho V.
För vanliga geometriska figurer ger volymen dividerat med yta helt enkelt höjd.
Detta betyder att för, till exempel, en vätskekolonn som står i en cylinder, tryck (P) kan uttryckas i följande standardenheter:
P = {mg \ över {1pt} A} = {ρVg \ ovanför {1pt} A} = ρg {V \ ovanför {1pt} A} = ρgh
Här,här djupet under vätskans yta. Detta avslöjar att trycket på vilket vätskedjup som helst inte beror på hur mycket vätska det finns; du kan vara i en liten tank eller i havet, och trycket beror bara på djupet.
Dynamiskt tryck
Vätskor sitter uppenbarligen inte bara i tankar; de rör sig, pumpas ofta genom rör för att komma från plats till plats. Rörliga vätskor utövar tryck på föremål i dem precis som stående vätskor gör, men variablerna ändras.
Du kanske har hört att ett objekts totala energi är summan av dess kinetiska energi (energin i dess rörelse) och dess potential energi (den energi den "lagrar" vid vårbelastning eller ligger långt över marken), och att denna summa förblir konstant i stängd system. På samma sätt är det totala trycket för en vätska dess statiska tryck, givet av uttrycketρghhärledd ovan, adderad till dess dynamiska tryck, givet av uttrycket (1/2)ρv2.
Bernoulli-ekvationen
Ovanstående avsnitt är en härledning av en kritisk ekvation i fysik, med konsekvenser för allt som rör sig genom en vätska eller upplever flödet i sig, inklusive flygplan, vatten i ett rörsystem, eller basbollar. Formellt är det
P_ {total} = ρgh + {1 \ ovanför {1pt} 2} ρv ^ 2
Detta innebär att om en vätska kommer in i ett system genom rör med en given bredd och i en given höjd och lämnar systemet genom ett rör med en annan bredd och i en annan höjd kan systemets totala tryck fortfarande kvarstå konstant.
Denna ekvation bygger på ett antal antaganden: Att vätskans densitetρförändras inte, att vätskeflödet är stabilt och att friktionen inte är en faktor. Även med dessa begränsningar är ekvationen utomordentligt användbar. Till exempel, från Bernoulli-ekvationen, kan du bestämma att när vatten lämnar en kanal som har en mindre diameter än vad dess ingångspunkt gör, kommer vattnet att röra sig snabbare (vilket förmodligen är intuitiv; floder uppvisar högre hastighet när de passerar genom smala kanaler) och dess tryck vid högre hastighet kommer att vara lägre (vilket förmodligen inte är intuitivt). Dessa resultat följer av variationen i ekvationen
P_1 - P_2 = {1 \ ovanför {1pt} 2} ρ ({v_2} ^ 2 - {v_1} ^ 2)
Om villkoren är positiva och utgångshastigheten är större än ingångshastigheten (det vill sägav2 > v1) måste utgångstrycket vara lägre än ingångstrycket (det vill sägaP2 < P1).