Τι είναι η μετρούμενη πίεση στη φυσική, μονάδες πίεσης

Φανταστείτε έναν γεμάτο αέρα, σφραγισμένο κύλινδρο με ένα έμβολο τοποθετημένο στην κορυφή. Εάν αρχίσετε να πιέζετε το έμβολο, τότε ο όγκος του αέρα στον κύλινδρο θα αρχίσει να μειώνεται, τα μόρια του αέρα θα συγκρούονται μεταξύ τους και με το έμβολο όλο και πιο έντονα και η πίεση του πεπιεσμένου αέρα στο έμβολο θα αυξάνεται.

Εάν το έμβολο απελευθερωθεί ξαφνικά, ο πεπιεσμένος αέρας θα το σπρώξει απότομα προς τα πάνω. Αυτό θα συμβεί επειδή με σταθερή επιφάνεια εμβόλου, η δύναμη που ασκεί το έμβολο από την πλευρά του πεπιεσμένου αέρα θα αυξηθεί. Η περιοχή του εμβόλου παραμένει αμετάβλητη, αλλά η δύναμη των μορίων του αερίου αυξάνεται και η πίεση αυξάνεται ανάλογα.

Ή άλλο παράδειγμα. Ένας άντρας στέκεται στο έδαφος, στέκεται και στα δύο πόδια. Σε αυτή τη θέση, ένα άτομο είναι άνετο, δεν αισθάνεται δυσφορία. Τι γίνεται όμως αν αυτό το άτομο αποφασίσει να σταθεί στο ένα πόδι; Θα λυγίσει το ένα πόδι στο γόνατο και τώρα θα ακουμπήσει στο έδαφος μόνο με ένα πόδι. Σε αυτή τη θέση, ένα άτομο θα αισθανθεί κάποια ενόχληση, καθώς η πίεση στο πόδι έχει αυξηθεί και περίπου 2 φορές.Γιατί; Επειδή η περιοχή μέσω της οποίας η δύναμη της βαρύτητας σπρώχνει τώρα ένα άτομο στο έδαφος έχει μειωθεί κατά 2 φορές. Ακολουθεί ένα παράδειγμα για το τι είναι η πίεση και πόσο εύκολα μπορεί να εντοπιστεί στην καθημερινή ζωή.

Φυσική πίεση

Από την άποψη της φυσικής, η πίεση είναι ένα φυσικό μέγεθος που είναι αριθμητικά ίσο με τη δύναμη που ενεργεί κάθετα στην επιφάνεια ανά μονάδα επιφάνειας της δεδομένης επιφάνειας. Επομένως, για να προσδιοριστεί η πίεση σε ένα ορισμένο σημείο της επιφάνειας, η κανονική συνιστώσα της δύναμης που εφαρμόζεται στην επιφάνεια διαιρείται με την περιοχή του μικρού επιφανειακού στοιχείου στο οποίο δρα αυτή η δύναμη. Και για να προσδιοριστεί η μέση πίεση σε ολόκληρη την περιοχή, η κανονική συνιστώσα της δύναμης που ενεργεί στην επιφάνεια πρέπει να διαιρεθεί με τη συνολική επιφάνεια αυτής της επιφάνειας.

Pascal (Pa)

Η πίεση μετριέται στη ΒΑ σε πασκάλ (Pa). Αυτή η μονάδα μέτρησης πίεσης ονομάστηκε προς τιμή του Γάλλου μαθηματικού, φυσικού και συγγραφέα Blaise Pascal, συγγραφέα του βασικού νόμου της υδροστατικής - του νόμου του Pascal, ο οποίος δηλώνει ότι η πίεση σε ένα υγρό ή αέριο μεταδίδεται σε οποιοδήποτε σημείο χωρίς αλλαγές σε όλα. κατευθύνσεις. Για πρώτη φορά, η μονάδα πίεσης «Πασκάλ» τέθηκε σε κυκλοφορία στη Γαλλία το 1961, σύμφωνα με το διάταγμα για τις μονάδες, τρεις αιώνες μετά τον θάνατο του επιστήμονα.

Ένα πασκάλ ισούται με την πίεση που προκαλείται από μια δύναμη ενός Newton που κατανέμεται ομοιόμορφα και κατευθύνεται κάθετα σε μια επιφάνεια ενός τετραγωνικού μέτρου.

Τα Pascal μετρούν όχι μόνο τη μηχανική πίεση (μηχανική καταπόνηση), αλλά και το μέτρο ελαστικότητας, το μέτρο Young, το μέτρο όγκου, το σημείο διαρροής, το αναλογικό όριο, την αντοχή εφελκυσμού, την αντίσταση διάτμησης, την ηχητική πίεση και την οσμωτική πίεση. Παραδοσιακά, τα Pascal εκφράζουν τα πιο σημαντικά μηχανικά χαρακτηριστικά των υλικών σε ένα ανθεκτικό υλικό.

Τεχνική ατμόσφαιρα (at), φυσική (atm), κιλό δύναμη ανά τετραγωνικό εκατοστό (kgf / cm2)

Εκτός από το Pascal, άλλες (εκτός συστήματος) μονάδες χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της πίεσης. Μία από αυτές τις μονάδες είναι η «ατμόσφαιρα» (γ). Η πίεση σε μια ατμόσφαιρα είναι περίπου ίση με την ατμοσφαιρική πίεση στην επιφάνεια της Γης στο επίπεδο του Παγκόσμιου Ωκεανού. Σήμερα η «ατμόσφαιρα» νοείται ως τεχνική ατμόσφαιρα (γ).

Μια τεχνική ατμόσφαιρα (at) είναι η πίεση που δημιουργείται από μια δύναμη ανά κιλό (kgf) ομοιόμορφα κατανεμημένη σε μια περιοχή ενός τετραγωνικού εκατοστού. Ένα κιλό δύναμης, με τη σειρά του, είναι ίσο με τη δύναμη της βαρύτητας που ασκείται σε ένα σώμα με μάζα ενός κιλού υπό συνθήκες βαρυτικής επιτάχυνσης ίσης με 9,80665 m / s2. Έτσι, ένα κιλό δύναμης είναι ίσο με 9,80665 newton, και 1 ατμόσφαιρα είναι ακριβώς ίση με 98066,5 Pa. 1 σε = 98066,5 Pa.

Σε ατμόσφαιρες, για παράδειγμα, μετριέται η πίεση στα ελαστικά αυτοκινήτων, για παράδειγμα, η συνιστώμενη πίεση στα ελαστικά του επιβατικού λεωφορείου GAZ-2217 είναι 3 ατμόσφαιρες.

Υπάρχει επίσης μια «φυσική ατμόσφαιρα» (atm), που ορίζεται ως η πίεση μιας στήλης υδραργύρου ύψους 760 mm στη βάση της, ενώ η πυκνότητα του υδραργύρου είναι 13.595,04 kg / m3, σε θερμοκρασία 0 ° C και υπό συνθήκες βαρυτική επιτάχυνση, ίση με 9,80665 m / s2.Αποδεικνύεται λοιπόν ότι 1 atm = 1,033233 at = 101 325 Pa.

Όσον αφορά τη δύναμη χιλιογράμμου ανά τετραγωνικό εκατοστό (kgf / cm2), αυτή η μη συστηματική μονάδα πίεσης ισοδυναμεί με καλή ακρίβεια με την κανονική ατμοσφαιρική πίεση, η οποία μερικές φορές είναι βολική για την αξιολόγηση διαφόρων επιπτώσεων.

Μπάρα (μπαρ), βάριο

Έξω από τη μονάδα συστήματος η «μπάρα» ισούται με περίπου μία ατμόσφαιρα, αλλά είναι πιο ακριβής - ακριβώς 100.000 Pa. Στο σύστημα SGS, 1 bar ισούται με 1.000.000 dynes / cm2. Προηγουμένως, το όνομα «bar» φερόταν από τη μονάδα που τώρα ονομάζεται «βάριο» και ήταν ίση με 0,1 Pa ή στο σύστημα CGS 1 βάριο = 1 dyn / cm2. Οι λέξεις "bar", "barium" και "barometer" προέρχονται από την ίδια ελληνική λέξη για το "βάρος".

Συχνά η μονάδα mbar (millibar), ίση με 0,001 bar, χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης στη μετεωρολογία. Και για να μετρήσουμε την πίεση σε πλανήτες όπου η ατμόσφαιρα είναι πολύ λεπτή — μbar (microbar), ίση με 0,000001 bar. Στα τεχνικά μανόμετρα, η ζυγαριά είναι πιο συχνά διαβαθμισμένη σε ράβδους.

Χιλιόμετρο υδραργύρου (mmHg), χιλιοστό νερού (mmHg)

Η μονάδα μη χιλιοστού υδραργύρου ισούται με 101325/760 = 133,3223684 Pa. Συμβολίζεται "mm Hg", αλλά μερικές φορές συμβολίζεται "torr" - προς τιμήν του Ιταλού φυσικού, μαθητή του Galileo, Evangelista Torricelli, συγγραφέα της έννοιας της ατμοσφαιρικής πίεσης.

Η μονάδα δημιουργήθηκε σε συνδυασμό με έναν βολικό τρόπο μέτρησης της ατμοσφαιρικής πίεσης με ένα βαρόμετρο, στο οποίο η στήλη υδραργύρου βρίσκεται σε ισορροπία υπό την επίδραση της ατμοσφαιρικής πίεσης. Ο υδράργυρος έχει υψηλή πυκνότητα περίπου 13.600 kg/m3 και έχει χαμηλή πίεση κορεσμένων ατμών σε θερμοκρασία δωματίου, γι' αυτό και ο υδράργυρος επιλέχθηκε ταυτόχρονα για βαρόμετρα.

Στο επίπεδο της θάλασσας, η ατμοσφαιρική πίεση είναι περίπου 760 mm Hg, και αυτή η τιμή θεωρείται πλέον κανονική ατμοσφαιρική πίεση, ίση με 101325 Pa ή μία φυσική ατμόσφαιρα, 1 atm. Δηλαδή, 1 χιλιοστό υδραργύρου ισούται με 101325/760 πασκάλ.

Σε χιλιοστά υδραργύρου, η πίεση μετριέται στην ιατρική, τη μετεωρολογία και την αεροναυτιλία. Στην ιατρική, η αρτηριακή πίεση μετριέται σε mm Hg, στην τεχνολογία κενού όργανα μέτρησης πίεσης βαθμολογούνται σε mmHg μαζί με ράβδους. Μερικές φορές γράφουν ακόμη και μόνο 25 μικρά, που σημαίνει μικρά στήλη υδραργύρου όταν πρόκειται για εκκένωση, και οι μετρήσεις πίεσης γίνονται με μετρητές κενού.

Σε ορισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται χιλιοστά νερού και στη συνέχεια στήλη νερού 13,59 mm = 1 mm Hg. Μερικές φορές είναι πιο πρόσφορο και βολικό. Ένα χιλιοστό στήλης νερού, όπως ένα χιλιοστό στήλης υδραργύρου, είναι μια μονάδα έξω από το σύστημα ίση με τη σειρά της με την υδροστατική πίεση 1 mm μιας στήλης νερού που αυτή η στήλη ασκεί σε μια επίπεδη βάση σε θερμοκρασία στήλης νερού 4 °C.