Πίεση: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Περιεχόμενο που διαγράφηκε Περιεχόμενο που προστέθηκε
(διεθνές σύμβολο:
(cmH<sub>2</sub>O) (inHg)
Γραμμή 3: Γραμμή 3:
'''Πίεση''' (διεθνές σύμβολο: '''p''' ή '''P''') είναι το μέτρο της [[δύναμη|δύναμης]] που εφαρμόζεται κάθετα σε μια επιφάνεια ενός αντικειμένου ανά μονάδα [[Εμβαδόν|εμβαδού]] της επιφάνειας αυτής. Η [[Μανόμετρο|μανομετρική πίεση]] είναι η σχετική πίεση που εφαρμόζεται σε ένα αντικείμενο σε σύγκριση με την κανονική πίεση (1 [[Ατμόσφαιρα (μονάδα)|atm]]).
'''Πίεση''' (διεθνές σύμβολο: '''p''' ή '''P''') είναι το μέτρο της [[δύναμη|δύναμης]] που εφαρμόζεται κάθετα σε μια επιφάνεια ενός αντικειμένου ανά μονάδα [[Εμβαδόν|εμβαδού]] της επιφάνειας αυτής. Η [[Μανόμετρο|μανομετρική πίεση]] είναι η σχετική πίεση που εφαρμόζεται σε ένα αντικείμενο σε σύγκριση με την κανονική πίεση (1 [[Ατμόσφαιρα (μονάδα)|atm]]).


Διάφορες [[Μονάδα μέτρησης|μονάδες μέτρησης]] (δείτε παρακάτω για περισσότερες λεπτομέρειες) χρησιμοποιήθηκαν για να εκφράσουν την πίεση. Κάποιες από αυτές παράγονται από τις αντίστοιχες μονάδες μέτρησης δύναμης και επιφάνειας. Η μονάδα μέτρησης πίεσης για το [[Διεθνές σύστημα μονάδων|Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI)]] είναι το [[Πασκάλ (μονάδα μέτρησης)|πασκάλ]] (Pa), που αντιστοιχεί σε δύναμη 1 [[Νιούτον (μονάδα μέτρησης)|νιούτον]] (N) που εφαρμόζεται ανά [[τετραγωνικό μέτρο]] (m²). Άλλη παραδοσιακή μονάδα μέτρησης πίεσης αποτελεί το [[Psi (μονάδα μέτρησης πίεσης)|psi]], που αντιστοιχεί σε δύναμη 1 [[Λίβρα (μονάδα δύναμης)|λίβρας]] (lb<sub>f</sub>) που εφαρμόζεται ανά [[Ίντσα|τετραγωνική ίντσα]] (in<sup>2</sup>). Η πίεση εκφράζεται επίσης σε σύγκριση με την κανονική ατμοσφαιρική πίεση (atm). Χρησιμοποιήθηκαν επίσης και άλλες μονάδες μανομετρικής (συνήθως) πίεσης, όπως τα [[Εκατοστόμετρο|εκατοστόμετρα]] [[Νερό|νερού]], τα [[Χιλιοστόμετρο|χιλιοστόμετρα]] στήλης [[Υδράργυρος|υδραργύρου]] (mmHg ή Torr) και ίντσες στήλης υδραργύρου, που εκφράζουν την πίεση σε σύγκριση με αυτήν που ασκούν αντίστοιχες στήλες των αναφερόμενων ρευστών (υπό κανονική [[βαρύτητα]]).
Διάφορες [[Μονάδα μέτρησης|μονάδες μέτρησης]] (δείτε παρακάτω για περισσότερες λεπτομέρειες) χρησιμοποιήθηκαν για να εκφράσουν την πίεση. Κάποιες από αυτές παράγονται από τις αντίστοιχες μονάδες μέτρησης δύναμης και επιφάνειας. Η μονάδα μέτρησης πίεσης για το [[Διεθνές σύστημα μονάδων|Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI)]] είναι το [[Πασκάλ (μονάδα μέτρησης)|πασκάλ]] (Pa), που αντιστοιχεί σε δύναμη 1 [[Νιούτον (μονάδα μέτρησης)|νιούτον]] (N) που εφαρμόζεται ανά [[τετραγωνικό μέτρο]] (m²). Άλλη παραδοσιακή μονάδα μέτρησης πίεσης αποτελεί το [[Psi (μονάδα μέτρησης πίεσης)|psi]], που αντιστοιχεί σε δύναμη 1 [[Λίβρα (μονάδα δύναμης)|λίβρας]] (lb<sub>f</sub>) που εφαρμόζεται ανά [[Ίντσα|τετραγωνική ίντσα]] (in<sup>2</sup>). Η πίεση εκφράζεται επίσης σε σύγκριση με την κανονική ατμοσφαιρική πίεση (atm). Χρησιμοποιήθηκαν επίσης και άλλες μονάδες μανομετρικής (συνήθως) πίεσης, όπως τα [[Εκατοστόμετρο|εκατοστόμετρα]] [[Νερό|νερού]] (cmH<sub>2</sub>O), τα [[Χιλιοστόμετρο|χιλιοστόμετρα]] στήλης [[Υδράργυρος|υδραργύρου]] (mmHg ή Torr) και ίντσες στήλης υδραργύρου (inHg), που εκφράζουν την πίεση σε σύγκριση με αυτήν που ασκούν αντίστοιχες στήλες των αναφερόμενων ρευστών (υπό κανονική [[βαρύτητα]]).


[[Αρχείο:Pressure exerted by collisions.svg|border|right]]
[[Αρχείο:Pressure exerted by collisions.svg|border|right]]

Έκδοση από την 15:09, 20 Ιουλίου 2021

Για άλλες χρήσεις, δείτε: Πίεση (αποσαφήνιση).

Πίεση (διεθνές σύμβολο: p ή P) είναι το μέτρο της δύναμης που εφαρμόζεται κάθετα σε μια επιφάνεια ενός αντικειμένου ανά μονάδα εμβαδού της επιφάνειας αυτής. Η μανομετρική πίεση είναι η σχετική πίεση που εφαρμόζεται σε ένα αντικείμενο σε σύγκριση με την κανονική πίεση (1 atm).

Διάφορες μονάδες μέτρησης (δείτε παρακάτω για περισσότερες λεπτομέρειες) χρησιμοποιήθηκαν για να εκφράσουν την πίεση. Κάποιες από αυτές παράγονται από τις αντίστοιχες μονάδες μέτρησης δύναμης και επιφάνειας. Η μονάδα μέτρησης πίεσης για το Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) είναι το πασκάλ (Pa), που αντιστοιχεί σε δύναμη 1 νιούτον (N) που εφαρμόζεται ανά τετραγωνικό μέτρο (m²). Άλλη παραδοσιακή μονάδα μέτρησης πίεσης αποτελεί το psi, που αντιστοιχεί σε δύναμη 1 λίβρας (lbf) που εφαρμόζεται ανά τετραγωνική ίντσα (in2). Η πίεση εκφράζεται επίσης σε σύγκριση με την κανονική ατμοσφαιρική πίεση (atm). Χρησιμοποιήθηκαν επίσης και άλλες μονάδες μανομετρικής (συνήθως) πίεσης, όπως τα εκατοστόμετρα νερού (cmH2O), τα χιλιοστόμετρα στήλης υδραργύρου (mmHg ή Torr) και ίντσες στήλης υδραργύρου (inHg), που εκφράζουν την πίεση σε σύγκριση με αυτήν που ασκούν αντίστοιχες στήλες των αναφερόμενων ρευστών (υπό κανονική βαρύτητα).

Ορισμός

Στη φυσική με τον όρο πίεση (σύμβολο ή ) αποκαλούμε το χαρακτηριστικό, ενός συστήματος, φυσικό μέγεθος το οποίο ισοδυναμεί με την πυκνότητα ενέργειας[1] την οποία διαθέτει αυτό το σύστημα. Οπωσδήποτε, η πίεση δεν προϋποθέτει επιφάνεια για να είναι καλά ορισμένη, αλλά η διαδικασία μέτρησής της ανάγεται στη μέτρηση μιας δύναμης η οποία ασκείται κάθετα σε συγκεκριμένη επιφάνεια. Ως εκ τούτου, συχνά ορίζουμε ως πίεση σε επιφάνεια το πηλίκο της δύναμης που ασκείται κάθετα στην επιφάνεια, προς το εμβαδό αυτής της επιφάνειας:

όπου είναι το μοναδιαίο διάνυσμα, κάθετο στην επιφάνεια . Έτσι, αν η δύναμη ασκείται υπό γωνία, το αποτέλεσμα του διανυσματικού γινομένου επιβάλει να υπολογίζεται μόνο η κάθετη στην επιφάνεια συνιστώσα της δύναμης .

Η πίεση στα στερεά

Η πίεση είναι μια εκδήλωση αλληλεπίδρασης μεταξύ συστημάτων που βρίσκονται σε επαφή. Έτσι, όταν δύο στερεά εφάπτονται ομοιόμορφα σε επιφάνεια τότε η πίεση σ' αυτή την επιφάνεια υπολογίζεται ως το πηλίκο της δύναμης με την οποία αλληλεπιδρούν τα σώματα προς το εμβαδόν της επιφάνειας αυτής.

Για τη μελέτη της πίεσης στα στερεά χρησιμοποιείται κυρίως ο τανυστής στρέψης, μια ιδέα που ξεκίνησε από τα ιξωδικά ρευστά.

Η πίεση στα ρευστά

Τα ρευστά (αέρια και υγρά) δεν έχουν καθορισμένο σχήμα και έτσι προσαρμόζονται στο σχήμα των στερεών επιφανειών με τις οποίες εφάπτονται. Έτσι, η δύναμη λόγω πίεσης που ασκεί ένα ρευστό σε επιφάνεια είναι πάντα κάθετη στην επιφάνεια.

Όταν ένα ρευστό βρίσκεται μέσα σε πεδίο βαρύτητας, τότε η βαρυτική δύναμη του υπερκείμενου ρευστού είναι ο ουσιαστικός μηχανισμός ο οποίος καθορίζει την τιμή της πίεσης σε κάθε σημείο του ρευστού. Έτσι, ορίζουμε τη στατική ή υδροστατική πίεση η οποία αντιστοιχεί στο βάρος στήλης συγκεκριμένου ύψους και συγκεκριμένης διατομής στήλης, η οποία περιέχει το ρευστό που μας ενδιαφέρει. Έτσι προκύπτει ο νόμος της υδροστατικής πίεσης για τα ασυμπίεστα υγρά ως:

όπου είναι η (σταθερή) πυκνότητα του υγρού, είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας και είναι το ύψος από την ελεύθερη επιφάνεια του υγρού.

Η υδροστατική πίεση μετριέται από την ελεύθερη επιφάνεια, στην οποία η πραγματική πίεση δεν είναι μηδέν αλλά .

Ατμοσφαιρική πίεση

Για την πίεση της ατμόσφαιρας χρησιμοποιούμε την ίδια διαδικασία αλλά εδώ η πυκνότητα δεν είναι σταθερή, υπακούει σε μια καταστατική εξίσωση: , οπότε θα είναι:

αποτέλεσμα το οποίο εκφράζει την εκθετική πτώση της ατμοσφαιρικής πίεσης με το ύψος, υπολογιζόμενης ως υδροστατικής πίεσης συμπιεστού ρευστού. Χρησιμοποιώντας την εκθετική μείωση της πυκνότητας του αέρα με το ύψος στην ατμόσφαιρα, μπορούμε να υπολογίσουμε την υδροστατική πίεση της ατμόσφαιρας με τρόπο ανάλογο με αυτόν των υγρών.

Δυναμική πίεση

Όταν ένα ρευστό κινείται και μεταβάλλεται η κινητική του ενέργεια ή/και η ορμή του, τότε η μεταβολή αυτή εμφανίζεται ως πίεση, την οποία αποκαλούμε δυναμική πίεση. Για πρακτικούς λόγους μπορούμε να χρησιμοποιούμε κατά περίπτωση και λιγότερο δόκιμους όρους όπως η «πίεση ακτινοβολίας», αλλά όλες ανάγονται στους δύο παραπάνω αρχικούς ορισμούς, αν και τα όργανα μέτρησης λειτουργούν αντιμετωπίζοντας την πίεση ως δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας.

Μονάδες και μέτρηση της πίεσης

Μονάδα της πίεσης στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) είναι το Πασκάλ (Pa = N/m2), μονάδα η οποία έχει τις ίδιες διαστάσεις με J/m3. Η τελευταία προέρχεται από τον εναλλακτικό ορισμό της πίεσης ως πυκνότητας ενέργειας, αλλά δεν χρησιμοποιείται ως μονάδα επειδή δεν είναι πρακτικά εφικτή η μέτρηση της πίεσης με έναν τέτοιο τρόπο. Πρακτική μονάδα πίεσης είναι το bar, που ισοδυναμεί με 100.000 Pa.

Γενικά η πίεση μετριέται με ειδικά όργανα τα μανόμετρα και ειδικά για την ατμοσφαιρική πίεση, τα βαρόμετρα. Μονάδες πίεσης είναι το Πασκάλ (Pa), η ατμόσφαιρα (atm), το χιλιοστό στήλης υδραργύρου (mmHg), το Τορ (Torr), το μπαρ (bar) και οι υποδιαιρέσεις αυτού: το μιλιμπάρ (mbar) και το μικρομπάρ (μbar).

Η μονάδα ατμόσφαιρας (atm) σήμερα ορίζεται ως 101.325 (Pa) ακριβώς[2].

  • Απόλυτη πίεση χαρακτηρίζεται εκείνη που αρχή μέτρησης έχει το τέλειο ή απόλυτο κενό.
  • Πραγματική πίεση χαρακτηρίζεται εκείνη που ως αρχή μέτρησης λαμβάνεται η βαρομετρική πίεση.
Συνήθεις μονάδες πίεσης
Pascal Bar Τεχνική Ατμόσφαιρα Απόλυτη Ατμόσφαιρα Torr Pounds ανά τετραγωνική ίντσα
(Pa) (bar) (at) (atm) (Torr) (psi)
1 Pa 1 10−5 1.0197×105 9.8692×106 7.5006×103 1.450377×104
1 bar 105 ≡ 100 kPa

≡ 106 dyn/cm2

1.0197 0.98692 750.06 14.50377
1 at 0.980665×105 0.980665 ≡ 1 kp/cm2 0.9678411 735.5592 14.22334
1 atm 1.01325×105 1.01325 1.0332 1 760 14.69595
1 Torr 133.3224 1.333224×103 1.359551×103 1.315789×103 1/760 atm

≈ 1 mmHg

1.933678×102
1 psi 6.8948×103 6.8948×102 7.03069×102 6.8046×102 51.71493 ≡ 1lbF /in2

Δείτε επίσης

Βιβλιογραφία

Αναφορές, παρατηρήσεις και σημειώσεις

  1. V.N. Kartsev K.E. Pankin D.V. Batov (2006-03-01). «On interrelation between the internal pressure and the cohesion energy density». Journal of Structural Chemistry. doi:10.1007/s10947-006-0297-5. http://link.springer.com. Ανακτήθηκε στις 2015-06-07. 
  2. US Navy (2006). US Navy Diving Manual, 6th revision. United States: US Naval Sea Systems Command. σελίδες 2–32.