Tryckdefinition, enheter och exempel

I vetenskap, tryck är en mätning av kraften per enhetsarea. SI-tryckenheten är pascal (Pa), vilket motsvarar N / m² (newton per kvadratmeter).

Grundläggande exempel

Om du hade 1 Newton (1 N) kraft fördelad över 1 kvadratmeter (1 m)²), då är resultatet 1 N / 1 m² = 1 N / m² = 1 Pa. Detta antar att kraften riktas vinkelrätt mot ytan.

Om du ökade mängden kraft men applicerade den på samma område skulle trycket öka proportionellt. En kraft på 5 N fördelad över samma 1 kvadratmeter stor yta skulle vara 5 Pa. Men om du också expanderar kraften skulle du upptäcka att trycket ökar i en omvänd proportion till området ökar.

Om du hade 5 N kraft fördelad på 2 kvadratmeter, skulle du få 5 N / 2 m² = 2,5 N / m² = 2,5 Pa.

Tryckenheter

En bar är en annan metrisk tryckenhet, även om det inte är SI-enheten. Det definieras som 10 000 Pa. Det skapades 1909 av den brittiska meteorologen William Napier Shaw.

Atmosfärstryck, ofta noteras som p_en, är trycket från jordens atmosfär. När du står ute i luften är atmosfärstrycket den genomsnittliga kraften i all luften över och runt dig som skjuter in på din kropp.

Medelvärdet för atmosfärstrycket vid havsnivån definieras som 1 atmosfär eller 1 atm. Med tanke på att detta är ett genomsnitt av en fysisk kvantitet kan storleken förändras över tid baserat på mer exakta mätmetoder eller möjligen på grund av faktiska förändringar i miljön som kan ha en global påverkan på det genomsnittliga trycket i atmosfären.

• 1 Pa = 1 N / m²
• 1 bar = 10 000 Pa
• 1 atm ≈ 1,013 × 10⁵ Pa = 1,013 bar = 1013 millibar

Hur trycket fungerar

Det allmänna maktbegreppet behandlas ofta som om det verkar på ett objekt på ett idealiserat sätt. (Detta är faktiskt vanligt för de flesta saker inom vetenskapen, och i synnerhet fysik, eftersom vi skapar idealiserade modeller för att belysa de fenomen vi sättar särskild uppmärksamhet åt och ignorerar så många andra fenomen som vi rimligen kan.) I denna idealiserade strategi säger att en kraft verkar på ett föremål, vi drar en pil som indikerar styrkans riktning och agerar som om kraften allt äger rum vid den punkten.

Men i verkligheten är det aldrig så enkelt. Om du trycker på en spak med handen fördelas kraften faktiskt över din hand och trycker mot spaken som är fördelad över det området på spaken. För att göra sakerna ännu mer komplicerade i denna situation är kraften nästan säkert inte fördelad jämnt.

Det är här trycket spelar in. Fysiker tillämpar begreppet tryck för att inse att en kraft är fördelad över ett ytområde.

Även om vi kan prata om tryck i olika sammanhang, var en av de tidigaste formerna där konceptet diskuterades inom vetenskapen att överväga och analysera gaser. Väl innan termodynamikens vetenskap formaliserades på 1800-talet erkändes det att gaser, när de värmdes, applicerade en kraft eller tryck på föremålet som innehöll dem. Uppvärmd gas användes för luftning av luftballonger med början i Europa på 1700-talet, och kineserna och andra civilisationer hade gjort liknande upptäckter långt innan det. På 1800-talet såg också ångmotorns tillkomst (som visas i den tillhörande bilden), som använder trycket som byggts upp i en panna för att generera mekanisk rörelse, såsom det som behövs för att flytta en flodbåt, tåg eller fabriksvävstol.

Detta tryck fick sin fysiska förklaring med den kinetiska teorin om gaser, där forskare insåg att om en gas innehöll en mängd olika partiklar (molekyler), så skulle detekterade trycket kunna representeras fysiskt av den genomsnittliga rörelsen hos dessa partiklar. Detta tillvägagångssätt förklarar varför tryck är nära besläktat med begreppen värme och temperatur, som också definieras som rörelse hos partiklar med hjälp av den kinetiska teorin. Ett särskilt fall av intresse för termodynamik är en isobarisk process, som är en termodynamisk reaktion där trycket förblir konstant.

Redigerad av Anne Marie Helmenstine, Ph.D.