Tryck är ett av de viktigaste begreppen inom fysik. Medan du utan tvekan kommer att ha en uppfattning om vad trycket är från saker som atmosfäriska tryckavläsningar som anges i väderrapporter eller vattentryck i ditt hems värmesystem, när du studerar fysik, detaljerna verkligen materia. Att lära dig den exakta definitionen av tryck hjälper dig att förstå nyckelbegrepp relaterade till gaser, termodynamik, flytkraft och mycket mer.
Definition av tryck
Tryck definieras helt enkelt sommängden kraft per ytenhet. Nyckelpunkten när du försöker förstå trycket är att tänka på vad som händer på atomnivå i en vätska eller gas vid högt tryck. De ingående molekylerna rör sig ständigt och det betyder att de stöter på behållarens väggar hela tiden. Ju mer de rör sig (på grund av högre temperaturer), desto mer stöter de på behållarens väggar och desto högre tryck.
Definitionen förvandlar alltså helt enkelt denna allmänna bild till en tydlig, fysisk definition. Varje gång en molekyl träffar sidan på en behållare, ger den en kraft på den, och summan av dessa krafter för en liten del av det inre är det totala trycket. Det enklaste sättet att göra detta är att välja ett område som är en "enhet" i kvadrat i ditt valda mätsystem, vilket är vad "per enhetsarea" betyder i definitionen.
Matematiskt kan du definiera tryck som:
P = \ frac {F} {A}
VarPär tryck,Fär kraften på ytan ochAär område.
Tryckenheter
SI-enheten för tryck ärPascal (Pa)där 1 Pa = 1 N / m2, dvs en Newton per kvadratmeter. Newton är kraftenheten, så det är lätt att se att Pascal uppfyller kraven för en tryckenhet. Men Pascal är en ganska liten enhet för saker som atmosfärstryck, så det finns också ett stort antal alternativ som används. Ett av de enklaste sätten att göra detta är att helt enkelt använda kPa (dvs. kilopascal eller tusentals pascal), men det finns också andra alternativ.
Den mest kända alternativa enheten ärpund per kvadrattum (psi), som används i USA för saker som vattentryck. För atmosfärstryck används den lämpligt benämnda enheten "atmosfärer" (atm) ofta, eftersom 1 atm motsvarar atmosfärstrycket vid havsnivå. Torr är en alternativ enhet som används för atmosfärstryck, vilken definieras som 1/760 av en atmosfär, eller 133,3 Pa. I meteorologin används ofta millibar, där 1 bar = 100 000 Pa och 1 millibar = 100 Pa.
Slutligen finns det några ännu mer ovanliga enheter för tryck, inklusive millimeter kvicksilver (mmHg), vilket definieras baserat på trycket som utövas av en 1 mm hög kvicksilverkolonn och används ofta för blod tryck.
Detta var ursprungligen avsikten med torr, och så det borde inte bli så mycket överraskande att de två är väsentligen samma: 1 mmHg = 133,322 Pa. Slutligen mäts trycket i vissa fall som ett värde i dyne per kvadrat centimeter. Här är dynen en kraftenhet med 1 dyne = 0,00001 Newton, och så är 1 dyne per kvadratcentimeter lika med 0,1 Pa.
Atmosfärstryck
Atmosfärstrycket vid havsnivån är lika med 1 atmosfär, eller cirka 101 325 Pa. Detta är enenormvärde - det är mer än tyngdkraften på 10 000 kg materia, som trycker ner på dighela tiden. Trycket är i huvudsak just detta, men saken är faktiskt luften: Trycket orsakas bokstavligen av luftens vikt som trycker ner över jordens yta.
Det här kan tyckas konstigt eftersom du aldrig gör detlägga märke tillatmosfärstryck, även om det är så massivt, men du har utvecklats i den här miljön och så att du inte märker det. Det finns ett mått på tryck som också tar hänsyn till dettamättryck. Detta är tryckskillnaden mellan det absoluta trycket (dvs. det totala trycket) och atmosfärstrycket.
Till exempel, om du har ett helt litet däck på din bil, när du anslöt en mätare skulle det läsa noll. Men det finnsluftinuti däcket som har atmosfärstryck; det är bara att den här informationen inte är riktigt relevant när du är intresserad av om något som ett bildäck har ett lämpligt tryck. Det finns fortfarande absolut tryck, men i det här fallet (och många andra) är mättrycket verkligen det du behöver veta.
Vattentryck
Vattentrycket är en av de mest kända formerna av tryck i det dagliga livet, men i en hydrostatisk situation (en där vattnet inte rinner), trycket fungerar annorlunda än det gör i din vattenuppvärmning systemet. Detta är dock en intressant situation att titta på när du först lär dig om tryck eftersom trycket i en sådan situation beror på djupet.
Trycket (P) på vilket djup som helst (d) ges av ekvationen:
P = ρgd
Varρ("Rho") är vätskans densitet ochgär accelerationen på grund av tyngdkraften (på jorden,g= 9,81 m / s2). Vattentätheten vid 20 ° C ärρ= 998 kg / m3, men i allmänhet är beräkningarna mycket förenklade om du antar en temperatur på 4 ° C, varρ= 1000 kg / m3 eller 1 g / cm3. Så om du beräknar vattentrycket på ett djup av 25 m, visar ekvationen:
\ börja {justerad} P & = ρgd \\ & = 1000 \ text {kg / m} ^ 3 × 9,81 \ text {m / s} ^ 2 × 25 \ text {m} \\ & = 245250 \ text {Pa } = 245.3 \ text {kPa} \\ \ slut {justerad}
Hur en barometer fungerar
En barometer är en anordning för mätning av atmosfärstryck (ibland kallad barometertryck) som fungerar med hjälp av en kvicksilverkolonn. Ett rör som innehåller kvicksilver - öppet i ena änden - inverteras och placeras i en behållare som också innehåller kvicksilver. När den är upprättad är behållaren öppen för atmosfären, men kvicksilver i röret är bara i kontakt med behållaren och processen för att vända röret skapar ett vakuum i toppen.
Barometern mäter tryck eftersom kraften på grund av atmosfärstryck (i grund och botten vikten av luften) trycker ner kvicksilver i behållaren och trycker därmed kvicksilver i röret upp.
Om kvicksilverkolonnen skapar en lika stor kraft nedåt (vattentrycksekvationen från föregående avsnitt beskriver ursprunget till detta ingen förändring, men om lufttrycket är högre måste kvicksilverhalten i röret öka med motsvarande mängd för att balansera krafter. Efter kalibrering av vågen kan detta enkla system användas för att mäta lufttrycket.
Andra exempel
Det finns andra exempel på tryck du kommer att känna igen från vardagen, inklusive blodtryck. Detta är trycket (mätaren) som skapas av ditt hjärta som pumpar blod runt din kropp, och detta är mått i mmHg (millimeter av kvicksilver), och du har två avläsningar: systolisk för trycket när ditt hjärta skjuter ut och diastoliskt för trycket mellan takter. Naturligtvis är trycket under slag det högre antalet av de två, och mellan 90/60 mmHg och 120/80 mmHg anses vara idealiskt.
Lufttryck är också ett avgörande begrepp inom meteorologin, som kartlägger positionerna och rörelserna för högtrycks- och lågtryckssystem för att förutsäga förändringar i vädret. Genom förhållandet mellan atmosfärstryck och temperatur, och vad som händer när ett lågtryckssystem möter ett högtryckssystem, förutspår meteorologer temperaturer och saker som vind i olika regioner.