Στην επιστήμη, πίεση είναι μια μέτρηση της δύναμης ανά μονάδα επιφανείας. ο Μονάδα SI της πίεσης είναι το pascal (Pa), το οποίο ισοδυναμεί με N / m2 (νέθοι ανά τετραγωνικό μέτρο).
Βασικό παράδειγμα
Αν είχατε 1 νέον (1 Ν) δύναμης κατανεμημένη σε 1 τετραγωνικό μέτρο (1 μ2), τότε το αποτέλεσμα είναι 1 N / 1 m2 = 1 N / m2 = 1 Pa. Αυτό προϋποθέτει ότι η δύναμη κατευθύνεται κάθετα προς την επιφάνεια.
Εάν αυξήσετε την ποσότητα της δύναμης αλλά την εφαρμόσατε στην ίδια περιοχή, τότε η πίεση θα αυξανόταν αναλογικά. Μια δύναμη των 5 N που διανέμεται στην ίδια επιφάνεια ενός τετραγωνικού μέτρου θα ήταν 5 Pa. Ωστόσο, εάν επεκτάσατε τη δύναμη, τότε θα διαπιστώσετε ότι η πίεση αυξάνεται σε ένα αντίστροφη αναλογία στην αύξηση της περιοχής.
Εάν είχατε 5Ν δυνάμεων που διανέμονταν πάνω από 2 τετραγωνικά μέτρα, θα πάρετε 5 N / 2 m2 = 2,5 N / m2 = 2,5 Pa.
Μονάδες πίεσης
Μια ράβδος είναι μια άλλη μετρική μονάδα πίεσης, αν και δεν είναι η μονάδα SI. Ορίζεται ως 10.000 Pa. Δημιουργήθηκε το 1909 από τον Βρετανό μετεωρολόγο William Napier Shaw.
Ατμοσφαιρική πίεση, συχνά σημειώνεται ως Πένα, είναι η πίεση της ατμόσφαιρας της Γης. Όταν στέκεστε έξω στον αέρα, η ατμοσφαιρική πίεση είναι η μέση δύναμη όλου του αέρα πάνω και γύρω από σας που πιέζει το σώμα σας.
Η μέση τιμή για την ατμοσφαιρική πίεση στη στάθμη της θάλασσας ορίζεται ως 1 ατμόσφαιρα ή 1 atm. Δεδομένου ότι πρόκειται για έναν μέσο όρο μιας φυσικής ποσότητας, το μέγεθος μπορεί να μεταβληθεί με την πάροδο του χρόνου με βάση ακριβέστερες μετρήσεις μεθόδων ή ενδεχομένως λόγω πραγματικών αλλαγών στο περιβάλλον που θα μπορούσαν να έχουν παγκόσμιο αντίκτυπο στη μέση πίεση του ατμόσφαιρα.
- 1 Pa = 1 N / m2
- 1 bar = 10.000 Ρα
- 1 atm ≈ 1,013 × 105 Pa = 1,013 bar = 1013 millibar
Πώς λειτουργεί η πίεση
Η γενική έννοια του δύναμη αντιμετωπίζεται συχνά σαν να ενεργεί με αντικειμενικό τρόπο σε ένα αντικείμενο. (Αυτό είναι συνηθισμένο για τα περισσότερα πράγματα στην επιστήμη, και ιδιαίτερα στη φυσική, όπως δημιουργούμε εξιδανικευμένα μοντέλα να τονίσουμε τα φαινόμενα με τα οποία πρέπει να δίνουμε ιδιαίτερη προσοχή και να αγνοούμε όσα άλλα φαινόμενα μπορούμε λογικά.) Σε αυτή την εξιδανικευμένη προσέγγιση, εάν λέμε ότι μια δύναμη ενεργεί πάνω σε ένα αντικείμενο, σχεδιάζουμε ένα βέλος που υποδεικνύει την κατεύθυνση της δύναμης και ενεργούμε σαν να συμβαίνει όλη η δύναμη σε εκείνο το σημείο.
Στην πραγματικότητα, όμως, τα πράγματα δεν είναι ποτέ τόσο απλά. Εάν πιέσετε το μοχλό με το χέρι σας, η δύναμη είναι στην πραγματικότητα κατανεμημένη σε όλο το χέρι σας και πιέζει τον μοχλό που είναι κατανεμημένος σε όλη την περιοχή του μοχλού. Για να κάνουμε τα πράγματα ακόμη πιο περίπλοκα σε αυτή την κατάσταση, η δύναμη σχεδόν σίγουρα δεν κατανέμεται ομοιόμορφα.
Εδώ τίθεται υπό πίεση η πίεση. Οι φυσικοί εφαρμόζουν την έννοια της πίεσης για να αναγνωρίσουν ότι μια δύναμη κατανέμεται σε μια επιφάνεια.
Παρόλο που μπορούμε να μιλάμε για πιέσεις σε διάφορα πλαίσια, μια από τις πρώτες μορφές στις οποίες άρχισε να συζητείται η έννοια μέσα στην επιστήμη ήταν η εξέταση και η ανάλυση αερίων. Πάνω από το επιστήμη της θερμοδυναμικής ήταν τυποποιημένη κατά τη δεκαετία του 1800, αναγνωρίστηκε ότι τα αέρια, όταν θερμάνθηκαν, εφάρμοζαν μια δύναμη ή πίεση πάνω στο αντικείμενο που τα περιείχε. Το θερμαινόμενο αέριο χρησιμοποιήθηκε για την αφαίρεση αερόστατων θερμού αέρα που ξεκίνησε στην Ευρώπη το 1700 και οι Κινέζοι και άλλοι πολιτισμοί είχαν κάνει παρόμοιες ανακαλύψεις πριν από αυτό. Το 1800 είδε επίσης την έλευση της ατμομηχανής (όπως απεικονίζεται στη σχετική εικόνα), η οποία χρησιμοποιεί την πίεση που δημιουργείται μέσα σε ένα λέβητα για να δημιουργήσει μηχανική κίνηση, όπως αυτή που απαιτείται για να μετακινήσετε ένα ποταμόπλοιο, τρένο ή εργοστάσιο αργαλειός.
Αυτή η πίεση έλαβε τη φυσική εξήγηση του με το κινητική θεωρία των αερίων, στην οποία οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι αν ένα αέριο περιέχει μια μεγάλη ποικιλία σωματιδίων (μορίων), τότε η ανιχνευόμενη πίεση θα μπορούσε να αναπαρασταθεί φυσικά από τη μέση κίνηση αυτών των σωματιδίων. Αυτή η προσέγγιση εξηγεί γιατί η πίεση σχετίζεται στενά με τις έννοιες της θερμότητας και της θερμοκρασίας, οι οποίες ορίζονται επίσης ως κίνηση των σωματιδίων χρησιμοποιώντας την κινητική θεωρία. Μια ιδιαίτερη περίπτωση ενδιαφέροντος για τη θερμοδυναμική είναι ένα ισοβαρική διαδικασία, η οποία είναι μια θερμοδυναμική αντίδραση όπου η πίεση παραμένει σταθερή.
Επεξεργάστηκε από Anne Marie Helmenstine, Ph. D.