Definicja ciśnienia, jednostki i przykłady
Co oznacza presja w nauce
Zero kreacji/obrazów Getty
W nauce, nacisk jest miarą siły na jednostkę powierzchni. The TAK jednostka ciśnienia to paskal (Pa), który jest równoważny N/mdwa(niutony na metr kwadratowy).
Podstawowy przykład
Gdybyś miał 1 niuton (1 N) siły rozłożonej na 1 metr kwadratowy (1 mdwa), to wynik wynosi 1 N/1 mdwa= 1 N/mdwa= 1 Pa. Zakłada się, że siła jest skierowana prostopadle w kierunku pola powierzchni.
Jeśli zwiększysz siłę, ale przyłożysz ją do tego samego obszaru, ciśnienie wzrośnie proporcjonalnie. Siła 5 N rozłożona na tej samej powierzchni 1 metra kwadratowego wynosiłaby 5 Pa. Jeśli jednak rozszerzysz również siłę, okaże się, że ciśnienie wzrasta w odwrotna proporcja do wzrostu powierzchni.
Gdybyśmy mieli siłę 5 N rozłożoną na 2 metry kwadratowe, otrzymalibyśmy 5 N/2 mdwa= 2,5 N/mdwa= 2,5 Pa.
Jednostki ciśnienia
Bar jest kolejną metryczną jednostką ciśnienia, chociaż nie jest jednostką układu SI. Określa się go jako 10 000 Pa. Został stworzony w 1909 roku przez brytyjskiego meteorologa Williama Napiera Shawa.
Ciśnienie atmosferyczne , często oznaczany jako pa , to ciśnienie atmosfery ziemskiej. Kiedy stoisz na zewnątrz w powietrzu, ciśnienie atmosferyczne jest średnią siłą całego powietrza nad i wokół ciebie napierającego na twoje ciało.
Średnia wartość ciśnienia atmosferycznego na poziomie morza jest definiowana jako 1 atmosfera lub 1 atm. Biorąc pod uwagę, że jest to średnia wielkości fizycznej, wielkość może zmieniać się w czasie w oparciu o bardziej precyzyjne metody pomiaru lub być może z powodu rzeczywistych zmian w środowisku, które mogą mieć globalny wpływ na średnie ciśnienie atmosfery.
- 1 Pa = 1 N/mdwa
- 1 bar = 10 000 Pa
- 1 atm ≈ 1,013 × 105Pa = 1,013 bar = 1013 milibar
Jak działa ciśnienie
Ogólna koncepcja zmuszać jest często traktowany tak, jakby działał na obiekt w sposób wyidealizowany. (Jest to właściwie powszechne w przypadku większości rzeczy w nauce, a zwłaszcza w fizyce, gdy tworzymy) wyidealizowane modele aby podkreślić zjawiska, na które zwracamy szczególną uwagę i zignorować jak najwięcej innych zjawisk, na ile jesteśmy w stanie). i zachowuj się tak, jakby w tym momencie zachodziła cała siła.
W rzeczywistości jednak sprawy nigdy nie są takie proste. Jeśli naciśniesz dźwignię ręką, siła jest faktycznie rozłożona na twoją rękę i naciska na dźwignię rozłożoną na tym obszarze dźwigni. Aby jeszcze bardziej skomplikować sprawę w tej sytuacji, siła prawie na pewno nie jest rozłożona równomiernie.
W tym momencie wchodzi w grę presja. Fizycy stosują koncepcję ciśnienia, aby rozpoznać, że siła jest rozłożona na powierzchni.
Chociaż możemy mówić o ciśnieniu w różnych kontekstach, jedną z najwcześniejszych form, w których koncepcja ta pojawiła się w nauce, było rozważanie i analizowanie gazów. Na długo przed nauka termodynamiki został sformalizowany w XIX wieku, uznano, że gazy po podgrzaniu wywierały siłę lub ciśnienie na obiekt, który je zawierał. Ogrzany gaz był używany do lewitacji balonów na ogrzane powietrze, które rozpoczęły się w Europie w XVIII wieku, a chińska i inne cywilizacje dokonały podobnych odkryć znacznie wcześniej. W XIX wieku pojawił się również silnik parowy (jak pokazano na powiązanym obrazie), który wykorzystuje ciśnienie wytworzone w kotle do generowania ruchu mechanicznego, takiego jak ten potrzebny do poruszania łodzią rzeczną, pociągiem lub warsztatem tkackim.
To ciśnienie otrzymało swoje fizyczne wyjaśnienie z teoria kinetyczna gazów , w którym naukowcy zdali sobie sprawę, że jeśli gaz zawiera wiele różnych cząstek (cząsteczek), to wykryte ciśnienie może być fizycznie reprezentowane przez średni ruch tych cząstek. Takie podejście wyjaśnia, dlaczego ciśnienie jest ściśle związane z pojęciami ciepła i temperatury, które są również definiowane jako ruch cząstek za pomocą teorii kinetycznej. Jednym szczególnym przypadkiem zainteresowania termodynamiką jest proces izobaryczny , która jest reakcją termodynamiczną, w której ciśnienie pozostaje stałe.
Edytowany przezdr Anne Marie Helmenstine