Exemplu de calcul al presiunii

În fizică, presiunea este forța exercitată asupra unei anumite zone. Cel mai frecvent caz de presiune este greutatea unui corp pe suprafața pe care o ocupă pe planetă.

Presiunea poate fi exercitată de materie în cele trei stări fizice: solid, lichid și gazos.

Manifestarea presiunii

Presiunea poate apărea în circumstanțe foarte diferite:

• Într-o coloană, pot exista diferite lichide care nu se amestecă, sprijinindu-se unul pe altul. Fiecare lichid va exercita presiune asupra celui de sub el. Oricine se află în partea de jos, va primi presiunea comună a tuturor celor de mai sus.
• Într-un container închis, cum ar fi un balon, poate exista un gaz sau amestec de gaze care va exercita o presiune pe pereții săi.
• Într - un motor cu ardere internă, pistonul descendent generează o presiune pe amestecul benzină-aer. Pe măsură ce scânteia intră în sistem și explodează, reacția chimică va pune presiune pe piston, ridicându-l din nou.
• Toate gazele prezente în atmosferă generează o presiune pe suprafața Pământului. Această presiune este numită Presiunea barometrică sau presiunea atmosferică.

Presiunea barometrică sau atmosferică

Presiunea reală a atmosferei este măsurată cu un instrument numit Barometru, conceput de E. Torricelli în 1644. Omul de știință a realizat acest instrument folosind un tub lung de 1 metru, sigilat pe o parte. A umplut tubul cu Mercur și a scufundat partea deschisă într-o cuvă plină cu mai mult Mercur.

Mercurul din tub a coborât prin gravitație, până când s-a ajustat la un nivel de 760 milimetri. Presiunea atmosferei a supus Mercurul în Cuba, împingându-l până când tubul a fost ajustat la înălțimea respectivă. De atunci s-a stabilit că presiunea atmosferică standard are o valoare de 760mmHg.

Presiunea barometrică sau atmosferică se măsoară cu instrumentul barometru sau, de asemenea, cu așa-numitul barograf, care pe lângă Măsurarea presiunii include un stilou cu cerneală pentru a urmări valoarea presiunii atmosferice pe un grafic în timpul cursului vreme.

Masura presiunii

Presiunea ecartamentului este cea care se exercită pe pereții unui container închis. În general, se referă la cel exercitat de gaze, deoarece acestea au proprietatea de a acoperi întregul volum al containerului care le conține.

În funcție de masa de gaz conținută, va fi cantitatea de particule de gaz care aplică forță pe pereții containerului și, prin urmare, magnitudinea presiunii de măsurare care trebuie măsurată.

Gazul poate fi într-o stare de repaus într-un rezervor sau în mișcare, deplasându-se constant de-a lungul unui sistem de conducte.

Presiunea Gauge este măsurată cu dispozitive numite Gauges, care sunt circulare ca un ceas, și au pe cadran scara în unitățile în care este măsurată presiunea. Manometrul răspunde la forța fluidului sau gazului și returnează o citire cu acul său indicator.

Unități de măsurare a presiunii

Milimetru de mercur (mmHg): A fost prima unitate pentru presiunea barometrică datorită designului barometrului Torricelli. Presiunea barometrică standard corespunde 760mmHg.

Pascal (Pa): Este unitatea stabilită pentru Presiune în general, conform Sistemului internațional de unități. Conform conceptului său de "Forță peste zonă", este echivalent cu 1 Newton peste metru pătrat (1 Pa = 1 N / m²). Echivalența în Pascali a presiunii atmosferice este 101.325,00 pascali.

Lire sterline pe inch inch (lb / in², psi): Este unitatea din sistemul englez de unități pentru presiune. Este cel mai utilizat pentru calibrarea manometrelor industriale și a dispozitivelor pentru uz convențional. Se numește „psi” din termenii săi englezi: „lire inch inch”. Echivalența în psi a presiunii atmosferice este 14,69 lb / in².

Baruri (bar): Bara este o unitate alternativă pentru măsurarea presiunii. Se folosește în literatură pentru a se referi la magnitudini mari de presiuni, pentru a nu folosi un număr atât de mare. Echivalentul bar al presiunii atmosferice este 1.013 bari.

Atmosfere (atm): Este unitatea stabilită pentru presiunea atmosferică, situată exact la presiunea barometrică măsurată în zona în care se fac calculele. Valoarea sa este întotdeauna setată ca 1 atm, și are echivalențe diferite cu alte unități. Desigur, dacă presiunea atmosferică este măsurată în alte unități, datele numerice vor fi diferite.

Calcule de presiune

Presiunea va fi calculată diferit, în funcție de starea fizică a substanței care o exercită: solidă, lichidă sau gazoasă. Desigur, formulele pot fi utilizate pentru toate cazurile, dar pentru a fi mai bine explicate, recurgem la clasificarea calculelor astfel.

Presiunea exercitată de solide:

Pentru solide se folosește formula

P = F / A

Definiți presiunea ca o forță exercitată asupra unei zone. Solidele cuprind în mod natural o zonă definită, astfel încât forța de exercitat va fi greutatea lor, cu excepția cazului în care o forță suplimentară acționează și asupra solidului.

Pentru a obține presiunea în Pascali (Pa = N / m²), este necesar ca Forța să fie în Newton (N) și Zona în metri pătrați (m²).

Presiunea exercitată de lichide:

Pentru lichide se folosește formula

P = ρ * g * h

Definiți presiunea ca produsul densității, forței gravitației și înălțimii pe care lichidul o acoperă în coloana în care este limitat. Dacă există două sau mai multe lichide în coloană, separate prin densități, formula funcționează pentru fiecare lichid de partea sa.

Astfel încât presiunea să fie obținută în Pascali (Pa = N / m²), este necesar ca densitatea să fie în kilograme peste metru cub (Kg / m³), gravitația în metri peste al doilea pătrat (m / s²) și înălțimea în metri (m).

Presiunea exercitată de gaze:

Presiunea unui gaz, dacă se comportă ca un gaz ideal, poate fi calculată cu expresia gazului ideal:

PV = nRT

Având datele despre numărul de moli de gaz, temperatura și volumul ocupat, acesta poate fi calculat imediat. Dacă este un gaz real, va fi necesar să recurgeți la ecuațiile pentru gazul real, care sunt mai complexe decât relația de gaz ideală simplă.

Pentru ca presiunea să fie în Pascali, volumul trebuie să fie în metri cubi (m³), temperatura în grade absolute Kelvin (K) și constanta ideală a gazului trebuie să fie R = 8,314 J / mol * K.

Exemple de cum se calculează presiunea

Există un corp solid cu o greutate de 120 N și acoperă o suprafață de 0,5 m². Calculați presiunea exercitată pe sol.

P = F / A

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

Există un corp solid cu o greutate de 200 N și acoperă o suprafață de 0,75 m². Calculați presiunea exercitată pe sol.

P = F / A

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

Are un corp solid cu o greutate de 180 N și acoperă o suprafață de 0,68 m². Calculați presiunea exercitată pe sol.

P = F / A

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

Are un corp solid cu o greutate de 230 N și acoperă o suprafață de 1,5 m². Calculați presiunea exercitată pe sol.

P = F / A

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

Există o coloană cu două lichide, cu densități de 1000 Kg / m³ și 850 Kg / m³. Lichidele adună înălțimi de 0,30 m și respectiv 0,25 m. Calculați presiunea din partea de jos a recipientului.

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

Există o coloană cu două lichide, cu densități de 790 Kg / m³ și 830 Kg / m³. Lichidele adună înălțimi de 0,28 m și respectiv 0,13 m. Calculați presiunea din partea de jos a recipientului.

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

Există o coloană cu două lichide, cu densități de 960 Kg / m³ și 750 Kg / m³. Lichidele adună înălțimi de 0,42 m și respectiv 0,20 m. Calculați presiunea din partea de jos a recipientului.

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

Există o coloană cu două lichide, cu densități de 720 Kg / m³ și 920 Kg / m³. Lichidele adună înălțimi de 0,18 m și respectiv 0,26 m. Calculați presiunea din partea de jos a recipientului.

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

Există 14 moli de gaz ideal, acoperind un volum de 2 m³ la o temperatură de 300 K. Calculați presiunea exercitată pe pereții recipientului.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (14 mol) (8,314 J / mol * K) (300 K) / 2 m³ = 17459,4 Pa

Există 8 moli de gaz ideal, acoperind un volum de 0,5 m³ la o temperatură de 330 K. Calculați presiunea exercitată pe pereții recipientului.

PV = nRT P = (nRT / V)

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

Există 26 de moli ai unui gaz ideal, acoperind un volum de 1,3 m³ la o temperatură de 400 K. Calculați presiunea exercitată pe pereții recipientului.

PV = nRT P = (nRT / V)

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

Există 20 de moli de gaz ideal, acoperind un volum de 0,3 m³ la o temperatură de 350 K. Calculați presiunea exercitată pe pereții recipientului.

PV = nRT P = (nRT / V)

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