Voorbeeld drukberekening

In de natuurkunde, druk is de kracht die op een bepaald gebied wordt uitgeoefend?. Het meest voorkomende geval van druk is het gewicht van een lichaam op het oppervlak dat het op de planeet inneemt.

Druk kan door materie worden uitgeoefend in de drie fysieke toestanden: vast, vloeibaar en gas.

Drukmanifestatie

Druk kan optreden in zeer uiteenlopende omstandigheden:

• In één kolom kunnen er verschillende zijn vloeistoffen die niet mengen, op elkaar rustend. Elke vloeistof oefent druk uit op de vloeistof eronder. Wie onderaan staat, krijgt de gezamenlijke druk van al wie erboven staat.
• In een gesloten container, zoals een ballon, kan een gas of gasmengsel dat druk gaat uitoefenen op zijn muren.
• In een verbrandingsmotor is de dalende zuiger genereert een druk op het benzine-luchtmengsel. Als de vonk het systeem binnenkomt en explodeert, zal de chemische reactie de zuiger duwen en hem weer optillen.
• Alle gassen die in de atmosfeer aanwezig zijn, genereren een druk op het aardoppervlak. Deze druk heet Luchtdruk of atmosferische druk.

Barometrische of atmosferische druk

De werkelijke druk van de atmosfeer wordt gemeten met een instrument genaamd Barometer, bedacht door E. Torricelli in 1644. De wetenschapper maakte dit instrument met behulp van een 1 meter lange buis, aan één kant afgedicht. Hij vulde de buis met kwik en doopte de open kant in een vat vol met meer kwik.

De Mercurius in de buis zakte door de zwaartekracht naar beneden tot hij zich aanpaste tot een niveau van 760 millimeter. De druk van de atmosfeer onderdrukte de Mercurius in de Cuba en duwde hem totdat de buis op die hoogte was afgesteld. Sindsdien staat vast dat de Standaard Atmosferische Druk een waarde heeft van 760 mmHg.

Barometrische of atmosferische druk wordt gemeten met het Barometer-instrument, of ook met de zogenaamde Barograaf, die naast de Drukmeting omvat een inktpen om de waarde van de atmosferische druk in een grafiek te volgen in de loop van de weer.

Overdruk:

De overdruk is de druk die wordt uitgeoefend op de wanden van een gesloten container. Verwijst in het algemeen naar die van gassen, omdat ze de eigenschap hebben om het volledige volume van de container die ze bevat te bedekken.

Afhankelijk van de hoeveelheid gas die erin zit, zal het de hoeveelheid gasdeeltjes zijn die kracht uitoefenen op de wanden van de container, en dus de grootte van de te meten overdruk.

Het gas kan in rust zijn in een tank, of in beweging zijn, constant in beweging langs een leidingsysteem.

Meterdruk wordt gemeten met apparaten die Meters worden genoemd, die cirkelvormig zijn als een klok en op de wijzerplaat de schaal hebben in de eenheden waarin de druk wordt gemeten. De manometer reageert op de druk van de vloeistof of het gas en geeft een waarde terug met zijn indicatornaald.

Drukmeeteenheden

Millimeter Mercurius (mmHg): Het was de eerste eenheid voor barometrische druk dankzij het ontwerp van de Torricelli-barometer. Standaard luchtdruk komt overeen met: 760 mmHg.

Pascal (Pa): Het is de eenheid die is vastgesteld voor Druk in het algemeen, volgens het internationale Systeem van Eenheden. Volgens zijn concept van "Force over Area" komt dit overeen met 1 Newton over vierkante meter (1 Pa = 1 N / m²). De equivalentie in Pascal van de atmosferische druk is 101.325,00 Pascal.

Ponden op vierkante inch (lb / in .)², psi): Het is de eenheid in het Engelse systeem van eenheden voor druk. Het wordt het meest gebruikt voor het kalibreren van industriële manometers en apparaten voor conventioneel gebruik. Het wordt "psi" genoemd vanuit de Engelse termen: "ponds square inches". De equivalentie in psi van atmosferische druk is 14,69 pond / inch².

Bars (zn): Bar is een alternatieve eenheid voor het meten van druk. Het wordt in de literatuur gebruikt om te verwijzen naar grote drukwaarden, om zulke grote getallen niet te gebruiken. Het bar-equivalent van atmosferische druk is 1,013 bar.

Sferen (pinautomaat): Het is de eenheid die is vastgesteld voor atmosferische druk, precies gelegen op de barometrische druk gemeten in het gebied waarin de berekeningen worden gemaakt. De waarde is altijd ingesteld als 1 pinautomaat, en heeft verschillende equivalenten met andere eenheden. Als de atmosferische druk in andere eenheden wordt gemeten, zullen de numerieke gegevens natuurlijk anders zijn.

Drukberekeningen

Druk wordt anders berekend, afhankelijk van de fysieke toestand van de stof die deze uitoefent: vast, vloeibaar of gasvormig. Natuurlijk kunnen de formules voor alle gevallen worden gebruikt, maar om het beter uit te leggen, nemen we onze toevlucht tot het op deze manier classificeren van de berekeningen.

Druk uitgeoefend door vaste stoffen:

Voor vaste stoffen wordt de formule gebruikt

P = F / A

Definieer druk als een kracht uitgeoefend op een gebied. Vaste stoffen omvatten van nature een bepaald gebied, dus de uit te oefenen kracht zal hun gewicht zijn, tenzij er ook een extra kracht op de vaste stof inwerkt.

Om de druk in Pascal te verkrijgen (Pa = N / m²), is het noodzakelijk dat de Kracht in Newton (N) is en de Oppervlakte in vierkante meters (m²).

Druk uitgeoefend door vloeistoffen:

Voor vloeistoffen wordt de formule gebruikt

P = ρ * g * h

Definieer druk als het product van de dichtheid, de zwaartekracht en de hoogte die de vloeistof bedekt in de kolom waar deze is opgesloten. Als er twee of meer vloeistoffen in de kolom zijn, gescheiden door dichtheden, werkt de formule voor elke vloeistof aan zijn zijde.

Zodat de druk wordt verkregen in Pascals (Pa = N / m²), is het noodzakelijk dat de dichtheid in kilogram boven kubieke meter (Kg / m .) is³), zwaartekracht in meters over tweede kwadraat (m / s²) en de hoogte in meters (m).

Druk uitgeoefend door gassen:

De druk van een gas, als het zich gedraagt ​​als een ideaal gas, kan worden berekend met de uitdrukking van het ideale gas:

PV = nRT

Met de gegevens van het aantal mol gas, de temperatuur en het bezette volume kan dit onmiddellijk worden berekend. Als het een echt gas is, zal het nodig zijn om gebruik te maken van de vergelijkingen voor echt gas, die complexer zijn dan de eenvoudige ideale gasrelatie.

Om de druk in Pascals te laten zijn, moet het volume in kubieke meters (m³), de temperatuur in absolute graden Kelvin (K), en de ideale gasconstante moet R = 8,314 J / mol * K zijn.

Voorbeelden van het berekenen van druk

Er is een solide lichaam met een gewicht van 120 N, en het beslaat een oppervlakte van 0,5 m². Bereken de druk die op de grond wordt uitgeoefend.

P = F / A

P = (120 N) / (0,5 m²) = 240 N/m² = 240 Pa

Er is een solide lichaam met een gewicht van 200 N, en het beslaat een oppervlakte van 0,75 m². Bereken de druk die op de grond wordt uitgeoefend.

P = F / A

P = (200 N) / (0,75 m²) = 266,67 N/m² = 266,67 Pa

Het heeft een solide lichaam met een gewicht van 180 N en een oppervlakte van 0,68 m². Bereken de druk die op de grond wordt uitgeoefend.

P = F / A

P = (180 N) / (0,68 m²) = 264,71 N/m² = 264,71 Pa

Het heeft een solide lichaam met een gewicht van 230 N en beslaat een oppervlakte van 1,5 m². Bereken de druk die op de grond wordt uitgeoefend.

P = F / A

P = (230 N) / (1,5 m²) = 153,33 N/m² = 153,33 Pa

Er is een kolom met twee vloeistoffen, met een dichtheid van 1000 Kg/m³ en 850 Kg/m³. De vloeistoffen hebben een hoogte van respectievelijk 0,30 m en 0,25 m. Bereken de druk op de bodem van de container.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (1000 Kg/m³) * (9,81 m / s²) * (0,30 m) + (850 Kg/m³) * (9,81 m / s²) * (0,25 m)

P = 2943 Pa + 2085 Pa = 5028 Pa

Er is een kolom met twee vloeistoffen, met een dichtheid van 790 Kg/m³ en 830 Kg/m³. De vloeistoffen hebben een hoogte van respectievelijk 0,28 m en 0,13 m. Bereken de druk op de bodem van de container.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (790 kg / m³) * (9,81 m / s²) * (0,28 m) + (830 Kg/m³) * (9,81 m / s²) * (0,13 m)

P = 2170 Pa + 1060 Pa = 3230 Pa

Er is een kolom met twee vloeistoffen, met dichtheden van 960 Kg/m³ en 750 Kg/m³. De vloeistoffen hebben een hoogte van respectievelijk 0,42 m en 0,20 m. Bereken de druk op de bodem van de container.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (960 Kg/m³) * (9,81 m / s²) * (0,42 m) + (750 Kg/m³) * (9,81 m / s²) * (0,20 m)

P = 3960 Pa + 1470 Pa = 5820 Pa

Er is een kolom met twee vloeistoffen, met een dichtheid van 720 Kg/m³ en 920 Kg/m³. De vloeistoffen hebben een hoogte van respectievelijk 0,18 m en 0,26 m. Bereken de druk op de bodem van de container.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (720 Kg/m³) * (9,81 m / s²) * (0,18 m) + (920 Kg/m³) * (9,81 m / s²) * (0,26 m)

P = 1270 Pa + 2350 Pa = 3620 Pa

Er zijn 14 mol van een ideaal gas, met een volume van 2 m³ bij een temperatuur van 300 K. Bereken de druk die wordt uitgeoefend tegen de wanden van de container.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (14 mol) (8.314 J / mol * K) (300 K) / 2 m³ = 17459.4 Pa

Er zijn 8 mol van een ideaal gas, met een volume van 0,5 m³ bij een temperatuur van 330 K. Bereken de druk die wordt uitgeoefend tegen de wanden van de container.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (8 mol) (8,314 J / mol * K) (330 K) / 0,5 m³ = 43897,92 Pa

Er zijn 26 mol van een ideaal gas, goed voor een volume van 1,3 m³ bij een temperatuur van 400 K. Bereken de druk die wordt uitgeoefend tegen de wanden van de container.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (26 mol) (8,314 J / mol * K) (400 K) / 1,3 m³ = 66512 Pa

Er zijn 20 mol van een ideaal gas, met een volume van 0,3 m³ bij een temperatuur van 350 K. Bereken de druk die wordt uitgeoefend tegen de wanden van de container.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (20 mol) (8,314 J / mol * K) (350 K) / 0,3 m³ = 193993,33 Pa