Innhold
Trykk, i fysikk, er kraft delt på enhetsområdet. Kraft er på sin side massetidens akselerasjon. Dette forklarer hvorfor en vintereventyrer er tryggere på is med tvilsom tykkelse hvis han legger seg på overflaten i stedet for å stå oppreist; kraften han utøver på isen (massen ganger den nedadgående akselererende på grunn av tyngdekraften) er den samme i begge tilfeller, men hvis han ligger flatt i stedet for å stå på to føtter, fordeles denne styrken over et større område, og senker dermed trykk plassert på isen.
Eksemplet ovenfor omhandler statisk trykk - det vil si at ingenting i dette "problemet" beveger seg (og forhåpentligvis holder det seg slik!). Dynamisk trykk er forskjellig og involverer bevegelse av gjenstander gjennom væsker - det vil si væsker eller gasser - eller strømmen av væsker i seg selv.
Den generelle trykkligningen
Som nevnt, er trykk kraft delt på areal, og kraft er masse ganger akselerasjon. Masse (m), men kan også skrives som et produkt av tetthet (ρ) og volum (V), siden tettheten bare er masse delt på volum. Det vil si siden ρ = m/V, m = ρV. For vanlige geometriske figurer gir volum delt etter område ganske enkelt høyden.
Dette betyr at for, for eksempel, en væskesøyle som står i en sylinder, trykk (P) kan uttrykkes i følgende standardenheter:
P = {mg over {1pt} A} = {ρVg over {1pt} A} = ρg {V over {1pt} A} = ρghHer, h er dybden under overflaten av væsken. Dette avslører at trykk på en hvilken som helst væskedybde ikke avhenger av hvor mye væske det er; du kan være i en liten tank eller havet, og trykket avhenger bare av dybden.
Dynamisk trykk
Væsker sitter tydeligvis ikke bare i tanker; de beveger seg, og blir ofte pumpet gjennom rør for å komme seg fra sted til sted. Bevegelsesvæsker utøver trykk på gjenstander i dem akkurat som stående væsker gjør, men variablene endres.
Du har kanskje hørt at den totale energien til et objekt er summen av dens kinetiske energi (energien i bevegelsen) og dens potensielle energi (energien den "lagrer" ved vårbelastning eller ligger langt over bakken), og at dette totalt forblir konstant i lukkede systemer. Tilsvarende er det totale trykket til en væske dets statiske trykk, gitt av uttrykket pgh avledet ovenfor, lagt til dets dynamiske trykk, gitt av uttrykket (1/2) ρv2.
Bernoulli-ligningen
Ovennevnte seksjon er en avledning av en kritisk ligning i fysikk, med implikasjoner for alt som beveger seg gjennom en væske eller opplever strømning i seg selv, inkludert fly, vann i et rørleggersystem eller baseballer. Formelt sett er det det
P_ {total} = ρgh + {1 over {1pt} 2} ρv ^ 2Dette betyr at hvis en væske kommer inn i et system gjennom rør med en gitt bredde og i en gitt høyde og forlater systemet gjennom et rør med en annen bredde og i en annen høyde, kan systemets totale trykk fortsatt være konstant.
Denne ligningen er avhengig av en rekke forutsetninger: At væskens tetthet ρ endres ikke, at væskestrømmen er jevn, og at friksjon ikke er en faktor. Selv med disse begrensningene er likningen ekstra nyttig. Fra Bernoulli-ligningen kan du for eksempel bestemme at når vann forlater en kanal som har en mindre diameter enn inngangspunktet, vil vannet bevege seg raskere (noe som antagelig er intuitivt; elver demonstrerer større hastighet når de passerer gjennom trange kanaler ) og trykket med høyere hastighet vil være lavere (som sannsynligvis ikke er intuitivt). Disse resultatene følger av variasjonen på ligningen
P_1 - P_2 = {1 over {1pt} 2} ρ ({v_2} ^ 2 - {v_1} ^ 2)Så hvis begrepene er positive og avgangshastigheten er større enn inngangshastigheten (dvs. v2 > v1), må utgangstrykket være lavere enn inngangstrykket (det vil si P2 < P1).