Basınç (Fizik): Tanım, Birimler, Formül ve Örnekler

Basınç, fizikteki en önemli kavramlardan biridir. Hiç şüphesiz, aşağıda verilen atmosferik basınç okumaları gibi şeylerden basıncın ne olduğu hakkında bir fikriniz olacak. Evinizin ısıtma sistemindeki hava durumu raporları veya su basıncı, fizik okurken ayrıntılar gerçekten Önemli olmak. Basıncın kesin tanımını öğrenmek, gazlar, termodinamik, kaldırma kuvveti ve çok daha fazlasıyla ilgili temel kavramları anlamanıza yardımcı olur.

Basınç basitçe şu şekilde tanımlanır:birim alan başına kuvvet miktarı. Basıncı anlamaya çalışırken kilit nokta, yüksek basınçta bir sıvı veya gazda atomik düzeyde neler olduğunu düşünmektir. Oluşturan moleküller sürekli hareket ederler ve bu, her zaman kabın duvarlarına çarptıkları anlamına gelir. Ne kadar çok hareket ederlerse (yüksek sıcaklıklar nedeniyle), kabın duvarlarına o kadar çok çarparlar ve basınç o kadar yüksek olur.

O halde tanım basitçe bu genel resmi net, fiziksel bir tanıma dönüştürür. Bir molekül bir kabın kenarına her çarptığında, ona bir kuvvet uygular ve bu kuvvetlerin iç kısmın küçük bir bölümü için toplamı toplam basınçtır. Bunu yapmanın en uygun yolu, tanımda "birim alan başına" anlamına gelen, seçtiğiniz ölçüm sisteminde bir "birim" karesi olan bir alan seçmektir.

Matematiksel olarak, basıncı şu şekilde tanımlayabilirsiniz:

NeredePbasınçtır,Fyüzeydeki kuvvettir vebiralandır.

SI basınç birimi,Paskal (Pa), burada 1 Pa = 1 N/m², yani metrekare başına bir Newton. Newton, kuvvet birimidir, bu nedenle Pascal'ın bir basınç birimi gereksinimlerini karşıladığını görmek kolaydır. Ancak Pascal, atmosferik basınç gibi şeyler için oldukça küçük bir birimdir, dolayısıyla kullanımda olan oldukça fazla sayıda alternatif vardır. Bunu yapmanın en basit yollarından biri basitçe kPa (yani kilopaskal veya binlerce paskal) kullanmaktır, ancak başka seçenekler de vardır.

En iyi bilinen alternatif birim,inç kare başına pound (psi)ABD'de su basıncı gibi şeyler için kullanılır. Atmosfer basıncı için, genellikle uygun olarak adlandırılan “atmosferler” (atm) birimi kullanılır, çünkü 1 atm, deniz seviyesindeki atmosferik basınca karşılık gelir. Torr, atmosfer basıncının 1/760'ı olarak tanımlanan atmosferik basınçlar için kullanılan alternatif bir birimdir. atmosfer veya 133.3 Pa. Meteorolojide, 1 bar = 100.000 Pa ve 1 milibar olmak üzere genellikle milibarlar kullanılır. = 100 Pa.

Son olarak, milimetre cıva (mmHg) dahil olmak üzere basınç için daha da alışılmadık birimler vardır. 1 mm yüksekliğinde bir cıva sütununun uyguladığı basınca göre tanımlanır ve genellikle kan için kullanılır. basınç.

Bu aslında Torr'un niyetiydi ve bu yüzden ikisinin bir arada olması o kadar da sürpriz olmamalı. temelde aynı: 1 mmHg = 133.322 Pa. Son olarak, bazı durumlarda basınç, kare başına dyne cinsinden bir değer olarak ölçülür. santimetre. Burada dyne, 1 dyne = 0.00001 Newton olan bir kuvvet birimidir ve bu nedenle santimetre kare başına 1 dyne 0.1 Pa'ya eşittir.

Deniz seviyesindeki atmosferik basınç 1 atmosfere eşittir veya 101.325 Pa civarındadır.Kocamandeğer - 10.000 kg madde üzerindeki yerçekimi kuvvetinden daha fazla, sizi aşağı doğru itiyorher zaman. Basınç aslında sadece budur, ancak mesele aslında havadır: Basınca kelimenin tam anlamıyla havanın ağırlığının Dünya'nın yüzeyinden aşağı doğru itilmesi neden olur.

Bu garip görünebilir çünkü aslafarkına varmakatmosferik basınç, çok büyük olmasına rağmen, ancak bu ortamda geliştiniz ve bu yüzden bunu fark etmiyorsunuz. Bunu da hesaba katan bir baskı ölçüsü var.gösterge basıncı. Bu, mutlak basınç (yani toplam basınç) ile atmosfer basıncı arasındaki basınç farkıdır.

Örneğin, arabanızda tamamen patlak bir lastiğiniz varsa, bir gösterge bağladığınızda sıfır okur. Ancak, varhavaatmosferik basınçta olan lastiğin içinde; sadece, bir araba lastiği gibi bir şeyin uygun şekilde basınç altında olup olmadığıyla ilgilendiğinizde, bu bilgi gerçekten alakalı değildir. Hala mutlak basınç vardır, ancak bu durumda (ve diğer birçok durumda) gösterge basıncı gerçekten bilmeniz gereken şeydir.

Su basıncı, günlük yaşamda en bilinen basınç biçimlerinden biridir, ancak hidrostatik bir durumda (suyun akmadığı yer), basınç, su ısıtmanızda olduğundan farklı çalışır sistem. Ancak bu, baskıyı ilk öğrendiğinizde bakmanız gereken ilginç bir durumdur çünkü böyle bir durumdaki baskı derinliğe bağlıdır.

Basınç (P) herhangi bir derinlikte (d) denklem ile verilir:

Neredeρ("rho") sıvının yoğunluğudur vegyerçekiminden kaynaklanan ivmedir (Dünyada,g= 9,81 m/s²). Suyun 20 °C'deki yoğunluğuρ= 998 kg/m³, ancak 4 °C'lik bir sıcaklık varsayarsanız, genellikle hesaplamalar büyük ölçüde basitleştirilir, buradaρ= 1000 kg/m³ veya 1 g/cm³. Yani 25 m derinlikte su basıncını hesaplıyorsanız, denklem şunu gösterir:

Bir barometre, bir cıva sütunu kullanarak çalışan atmosfer basıncını (bazen barometrik basınç olarak adlandırılır) ölçmek için kullanılan bir cihazdır. Bir ucu açık olan cıva içeren bir tüp ters çevrilir ve yine cıva içeren bir hazneye yerleştirilir. Kurulduğunda rezervuar atmosfere açıktır, ancak tüpteki cıva sadece rezervuar ile temas halindedir ve tüpün ters çevrilmesi işlemi üstte bir vakum oluşturur.

Barometre basıncı ölçer çünkü atmosferik basınçtan kaynaklanan kuvvet (temelde ağırlık hava) haznedeki cıvayı aşağı doğru iter ve böylece borudaki cıvayı iter yukarı.

Cıva sütunu aşağı doğru eşit derecede büyük bir kuvvet yaratıyorsa (önceki bölümdeki su basıncı denklemi bunun kökenini açıklamaktadır). kuvvet), herhangi bir değişiklik olmayacaktır, ancak hava basıncı daha yüksekse, borudaki cıva seviyesinin, basıncı dengelemek için karşılık gelen bir miktarda artması gerekecektir. kuvvetler. Teraziyi kalibre ettikten sonra, bu basit sistem hava basıncını ölçmek için kullanılabilir.

Tansiyon da dahil olmak üzere, günlük yaşamdan aşina olacağınız başka baskı örnekleri de vardır. Bu, kalbinizin vücudunuza kan pompalaması tarafından oluşturulan (ölçü) basınçtır ve bu, mmHg (milimetre) cinsinden ölçülür. cıva) ve iki değeriniz var: kalbiniz dışarı çıktığında basınç için sistolik ve arasındaki basınç için diyastolik. yener. Elbette, atımlar sırasındaki basınç ikisinden daha yüksek olanıdır ve 90/60 mmHg ile 120/80 mmHg arası ideal kabul edilir.

Hava basıncı, havadaki değişiklikleri tahmin etmek için yüksek basınç ve alçak basınç sistemlerinin konumlarını ve hareketlerini haritalayan meteorolojide de çok önemli bir kavramdır. Atmosferik basınç ve sıcaklık arasındaki ilişki ve düşük basınçlı bir sistem olduğunda ne olur? bir yüksek basınç sistemiyle karşılaşıyor, meteorologlar farklı bölgelerdeki sıcaklıkları ve rüzgar gibi şeyleri tahmin ediyor.