Hur fungerar manometrar?

När du kontrollerar vädret, om du är som de flesta, är det som intresserar dig mest de saker som dikterar din klänning: Huruvida eller inte utfällning av något slag kommer troligen att falla ut ur himlen under din exponering utomhus, vad lufttemperaturen är och om den är blåsigt.

Beroende på var du bor och tid på året kan du också kolla (ibland med fruktan) för att se släktingen fuktighetsnivå, för att se till att du är tillräckligt hydratiserad för svettning som sannolikt kommer att följa med en hög läsning.

De flesta är medvetna om fenomenet atmosfärstryck (vanligtvis kallas barometertryck) eftersom de hör det nämns som en standardfunktion av väderprognoser, men de flesta kommer inte så långt som att undersöka förhållandet och varför luften upplever tryckförändringar Allt. Blåser inte vindar horisontellt, medan trycket mäts uppifrån som ett slags "tryck"?

Tryck är en kvantitet i fysik som gäller nästan alla tänkbara fysiska processer. Det relaterar till kraft F till området A i en mängd sammanhang uttrycks och definieras matematiskt i sin enklaste form som

Formellt är tryck ett mått på effekten av spridningen av tvinga (mätt i newton, eller N, i det internationella standardmätningssystemet) över någon verklig eller matematiskt definierad yta (mätt i kvadratmeter eller m²). Du kan ha stött på fysikproblem där en kraft (som gravitation eller dig själv) verkar på och rör sig ett objekt med massa, men trycket är annorlunda genom att det i praktiken beskriver utspädning eller koncentration av tvinga.

• Föreställ dig två olika solida lådor, var och en med en volym V på 10 m³ (kubikmeter) och fylld med ett enhetligt fast material med en densitet ρ

  hälften av vatten, eller 0,5 kg / l, eller (500 kg / m³). En låda är 1 m lång, 1 m bred och 10 m lång, medan den andra är 2,5 m lång, 2,5 m bred och 1,6 m lång. Ingen av lådorna ska roteras från sin position. Om du ville vara säker på en gammal plattform i närheten skulle kunna Stöd antingen rutan, men kunde bara välja en av de två för att bekräfta detta, vilken skulle du välja?
  Objektens massor är desamma eftersom deras volymer och densiteter är desamma (ρ = m / V, så m = ρV = (500 kg / m³) (10 m³) = 5000 kg. Med tanke på att accelerationen på grund av jordens yta är 9,8 m / s²är kraften (eller vikten) för varje låda därför (5.000 kg) (9.8 m / s2) = 49.000 N.
  Jämför emellertid områdena över vilka dessa massor fördelas: Den första rutan har en bas (längd gånger bredd) på 1 m × 1 m = 1 m², medan den andra lådan har en bas på 2,5 × 2,5 = 6,25 m². Eftersom trycket är lika med kraft dividerat med area kommer den smala lådan, med mindre än en sjättedel av basarean att arbeta med som den andra lådan, att utöva 6,25 gånger så mycket tryck på plattformen som sin partner kommer. Således om ramshackle-plattformen kan stödja den första lådan, bör den kunna hålla den andra ensam också - förutsatt att du kan lyfta dem upp dit!

I exemplet ovan är trycket från den första lådan på vilken yta den vilar på (49.000 N) / (1 m²) och den andra är (49 000 N) (6,25 m²). Tryckenheterna i standardsystemet är således N / m², oftare kallad pascal (Pa). Eftersom detta verkar vara en så liten mängd i den verkliga världen används kilopascal (kPa) mycket vanligare.

De atmosfärstrycket vid jordens yta är ungefär101,325 Pa, eller 101,3 kPa. På grund av hur människor bestämmer trycket är dock ett antal andra enheter i daglig användning. En är torr, även känd som millimeter kvicksilver (mm Hg). (Alla nyfikenheter du har om varför denna metall valdes kommer att tillgodoses inom ett ögonblick.) 101,3 kPa, även kallad 1 atm för referens, motsvarar 760 torr enligt denna standard. Eftersom 1 tum = 25,4 mm, 760 mm Hg = (760 / 25,4) = 29,92 i Hg. Slutligen, 1 millibar = 0,001 atm, så atmosfärstrycket i millibars = 1 013 mbar.

Slutligen, vad sägs om dessa pund per kvadrattum (psi eller lb / in²) används vanligtvis för att mäta däcktrycket i USA? Efter att ha åberopat omvandlingarna mellan lb och kg och mellan in och m kan du visa att 101,3 kPa = 14,7 lb / in². Med tanke på att det rekommenderade lägsta däcktrycket för bil endast är cirka 30 psi, vad föreslår detta om din intuition angående "försumbar" vikt, och därmed tryck, av luft?

A manometer är en anordning som mäter lufttryck med en behållare med ett "U" -format rör öppet i ena eller båda ändarna. I en sluten manometer införs ett gasprov i ena änden, som sedan täcks. Därefter hälls en vätska med känd densitet i den andra änden. Vätskan slutar röra sig när trycket på gasen fångas mellan locket och vätskan tillsammans med trycket vid botten av vätskekolonnen på den sidan matchar lufttrycket plus vätskekolonnens tryck på det öppna sida.

Vätskans höjd på den öppna sidan blir högre på den sidan när lufttrycket är lägre än gastrycket och lägre på den öppna sidan när lufttrycket överstiger gastrycket. Du kan använda denna höjdskillnad för att beräkna gastrycket.

Eftersom P = F / A = mg / A, m = ρV och V = Ah för ett cylindriskt rör (dvs. volym = area gånger höjd), kan visas att trycket som skapas av en vertikal vätskekolonn är ρgh, där h = höjd in meter. Detta tryck representerar den positiva eller negativa skillnaden mellan gastrycket och atmosfärstrycket.

• Man- är den latinska roten för ordet som betyder hand, "vilket också är där" manipulera "kommer ifrån; ett enkelt sätt att förmedla begreppet tryck om det är begränsat till icke-verbalt språk skulle använda din hand för att trycka försiktigt mot en annan persons.
  

• A barometer är en typ av tryckmätare som används specifikt för att mäta atmosfärstryck.
  

• Den manuella enheten som används för att mäta blodtrycket i en hälso- och sjukvårdsmiljö kallas a blodtrycksmätare, med sphyg- översätter löst till "pressa". Detta beror på att manschetten måste pumpas upp mot armen till en nivå ovan kroppsblodtryck för att korrekt kunna mäta det; de måste bokstavligen pressa armen för att göra det.

Atmosfärstrycket är inte konstant, och det varierar inom ett typiskt område precis som temperatur och andra geofysiska mängder gör. En separat diskussion i sig, detta tryck är en pålitlig indikator på kommande väder. När en lågtryckssystem kommer in i ett område, resultatet är vanligtvis moln, vind och nederbörd, medan a högtryckssystem producerar vanligtvis rättvist och lugnt väder. (Hämta den? "Högt tryck" slutar med "lugn"... bara i den galna världen av fysik!)