Περιεχόμενο
Η πίεση, στη φυσική, είναι η δύναμη που διαιρείται με την περιοχή της μονάδας. Η δύναμη, με τη σειρά της, είναι μαζική επιτάχυνση. Αυτό εξηγεί γιατί ένας χειμερινός τυχοδιώκτης είναι ασφαλέστερος στον πάγο με αμφισβητούμενο πάχος εάν ξαπλώνει στην επιφάνεια αντί να στέκεται όρθιος. η δύναμη που ασκεί στον πάγο (ο μαζικός του χρόνος που επιταχύνεται προς τα κάτω εξαιτίας της βαρύτητας) είναι ο ίδιος και στις δύο περιπτώσεις, αλλά εάν βρίσκεται πλανός αντί να στέκεται σε δύο πόδια, η δύναμη αυτή κατανέμεται σε μεγαλύτερη περιοχή, πίεση που ασκείται στον πάγο.
Το παραπάνω παράδειγμα ασχολείται με τη στατική πίεση - δηλαδή, τίποτα σε αυτό το "πρόβλημα" δεν κινείται (και ελπίζουμε ότι μένει έτσι!). Η δυναμική πίεση είναι διαφορετική, που περιλαμβάνει την κίνηση αντικειμένων μέσω υγρών - δηλαδή υγρών ή αερίων - ή τη ροή των υγρών από μόνα τους.
Η γενική εξίσωση πίεσης
Όπως σημειώνεται, η πίεση είναι δύναμη διαιρεμένη από την περιοχή, και η δύναμη είναι επιτάχυνση μάζας φορές. Μάζα (Μ), ωστόσο, μπορεί επίσης να γραφτεί ως το προϊόν της πυκνότητας (ρ) και την ένταση (V), δεδομένου ότι η πυκνότητα είναι απλώς μάζα διαιρούμενη κατά όγκο. Δηλαδή, από τότε ρ = Μ/V, Μ = ρV. Επίσης, για κανονικά γεωμετρικά σχήματα, ο όγκος διαιρούμενος με την περιοχή απλά αποδίδει ύψος.
Αυτό σημαίνει ότι, για παράδειγμα, μια στήλη υγρού που στέκεται σε έναν κύλινδρο, πίεση (Π) μπορεί να εκφραστεί στις ακόλουθες τυπικές μονάδες:
P = {mg πάνω από {1pt} A} = {ρVg πάνω από {1pt} A} = ρg {V πάνω {1pt}Εδώ, h είναι το βάθος κάτω από την επιφάνεια του υγρού. Αυτό αποκαλύπτει ότι η πίεση σε οποιοδήποτε βάθος υγρού δεν εξαρτάται στην πραγματικότητα από το πόσο ρευστό υπάρχει. θα μπορούσατε να είστε σε μια μικρή δεξαμενή ή στον ωκεανό και η πίεση εξαρτάται μόνο από το βάθος.
Δυναμική πίεση
Τα υγρά προφανώς δεν κάθονται σε δεξαμενές. κινούνται, συχνά αντλούνται μέσω σωλήνων για να φτάσουν από τόπο σε τόπο. Τα κινούμενα υγρά ασκούν πίεση στα αντικείμενα μέσα τους, όπως ακριβώς κάνουν τα στάσιμα ρευστά, αλλά αλλάζουν οι μεταβλητές.
Μπορεί να έχετε ακούσει ότι η συνολική ενέργεια ενός αντικειμένου είναι το άθροισμα της κινητικής του ενέργειας (της ενέργειας της κίνησης) και της δυνητικής ενέργειας (η ενέργεια που «αποθηκεύει» κατά την εαρινή φόρτιση ή είναι πολύ πάνω από το έδαφος) και ότι αυτό το σύνολο παραμένει σταθερό σε κλειστά συστήματα. Ομοίως, η συνολική πίεση ενός υγρού είναι η στατική του πίεση, που δίνεται από την έκφραση ρgh που προέκυψε παραπάνω, προστέθηκε στη δυναμική του πίεση, που δίνεται από την έκφραση (1/2) ρv2.
Η εξίσωση Bernoulli
Το παραπάνω τμήμα είναι μια παράδοση μιας κρίσιμης εξίσωσης στη φυσική, με επιπτώσεις σε οτιδήποτε κινείται μέσα από ένα υγρό ή βιώνει την ίδια ροή, συμπεριλαμβανομένων των αεροσκαφών, του νερού σε ένα σύστημα υδραυλικών εγκαταστάσεων ή των βασικών σφαιριδίων. Τυπικά, είναι
P_ {σύνολο} = ρgh + {1 πάνω από {1pt} 2} ρv ^ 2
Αυτό σημαίνει ότι εάν ένα ρευστό εισέρχεται σε ένα σύστημα μέσω σωλήνα με δεδομένο πλάτος και σε ένα δεδομένο ύψος και εγκαταλείπει το σύστημα μέσω ενός σωλήνα διαφορετικού πλάτους και σε διαφορετικό ύψος, η συνολική πίεση του συστήματος μπορεί να παραμείνει σταθερή.
Αυτή η εξίσωση βασίζεται σε μια σειρά υποθέσεων: Ότι η πυκνότητα του υγρού ρ δεν αλλάζει, η ροή του ρευστού είναι σταθερή και η τριβή δεν αποτελεί παράγοντα. Ακόμη και με αυτούς τους περιορισμούς, η εξίσωση είναι εξαιρετικά χρήσιμη. Για παράδειγμα, από την εξίσωση Bernoulli, μπορείτε να διαπιστώσετε ότι όταν το νερό αφήνει έναν αγωγό που έχει μικρότερη διάμετρο από το σημείο εισόδου του, το νερό θα ταξιδεύει γρηγορότερα (πιθανώς διαισθητικό · τα ποτάμια παρουσιάζουν μεγαλύτερη ταχύτητα όταν διέρχονται από στενά κανάλια ) και η πίεση του στην υψηλότερη ταχύτητα θα είναι χαμηλότερη (που πιθανώς δεν είναι διαισθητική). Αυτά τα αποτελέσματα προκύπτουν από την παραλλαγή της εξίσωσης
P_1 - P_2 = {1 πάνω από {1pt} 2} ρ ({v_2} ^ 2 - {v_1} ^ 2)Έτσι εάν οι όροι είναι θετικοί και η ταχύτητα εξόδου είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα εισόδου (δηλαδή, v2 > v1), η πίεση εξόδου πρέπει να είναι χαμηλότερη από την πίεση εισόδου (δηλαδή, Π2 < Π1).