Формула тиску у фізиці

Статтю написано Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Познавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета, як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою

Зміст:

Визначення

Під тиском у фізиці розуміється термодинамічна величина, виражена співвідношенням перпендикулярної сили тиску площу поверхні, яку вона впливає. При цьому згідно із законом Паскаля, якщо система перебуває в стані рівноваги, то тиск на неї буде однаковим для всіх точок системи. У фізиці, як і хімії, тиск позначають великою літерою Р, яка від латинського слова «pressura» – тиск. (В англійській тиск так і залишився майже без зміни – pressure).

Загальна формула

Одиниці виміру

• Бари – один бар дорівнює 105 паскал



• Міліметри водяного стовпа



• Метри водяного стовпа



• Технічні та фізичні атмосфери

Формула гідростатичного тиску

Як ми знаємо, різні агрегатні стани речовини мають різні фізичні властивості. Рідини своїми властивостями відрізняються від твердих тіл, а гази, у свою чергу, відрізняються від них усіх. Тому цілком логічно, що способи визначення тиску для рідин, твердих тіл та газів також будуть різними. Так, наприклад, формула тиску води (або гідростатичного тиску) матиме такий вигляд:

Де невелика p – щільність речовини, g – прискорення вільного падіння, h – висота.

Зокрема, ця формула пояснює, чому при зануренні водолазів (або батискафа або підводного човна) на глибину все більше зростає тиск навколишньої води.Також з цієї формули зрозуміло, чому на предмет, занурений в який-небудь кисіль, буде впливати більший тиск, ніж на предмет, занурений просто у воду, так як щільність киселя (p) вище, ніж у води, а чим вище щільність рідини, тим вищий її гідростатичний тиск.

Наведена нами формула гідростатичного тиску справедлива як для рідин, але й газів. Тому піднімаючись високо в гори (де повітря більш розріджене, а значить менший тиск), як і спускаючись у підводні глибини, людина, водолаз чи альпініст має пройти спеціальну адаптацію, звикнути до того, що на неї впливатиме інший тиск.

Різка зміна тиску може призвести до кесоної хвороби (у разі водолазів) або до «гірської» хвороби (у випадку з альпіністами). І «кесонка» і «гірня», як їх сленгово називають водолази та альпіністи, викликана різким змінним тиском навколишнього середовища. Тобто, якщо не підготовлена ​​людина почне раптом підніматися на Еверест, то вона швидко зловить «гірник», а якщо ця ж людина почне опускатися на дно Маріїнської западини, то гарантовано отримає «кесон». У першому випадку причиною буде не адаптація організму до зниженого тиску, а в другому до підвищеного.

Американські водолази в декомпресійній камері, що покликана підготувати їх до глибоководних занурень і адаптувати організм до високого тиску океанських глибин.

Парціальний тиск та його формула

Хоча формула гідростатичного тиску застосовна для газів, але тиск для них зручніше обчислювати за іншою формулою, формулою парціального тиску.

Справа в тому, що в природі рідко зустрічаються абсолютно чисті речовини, причому це стосується як рідин, так і газів.Зазвичай на практиці в навколишньому світі переважають різні суміші, і логічно, що кожен із компонентів такої суміші може чинити різний тиск, такий різний тиск і називають парціальним. Визначити парціальний тиск просто - він дорівнює сумі тисків кожного компонента аналізованої суміші. Звідси формула парціального тиску матиме такий вигляд:

Де P₁, P₂ та P₃ – тиск кожного з компонентів газової суміші, так званий «ідеальний газ».

Наприклад, щоб визначити тиск повітря звичайної формули гідростатичного тиску виконаної тільки з киснем недостатньо, оскільки повітря в реальності є сумішшю різних газів, де крім основного компонента кисню, яким ми всі дихаємо, є й інші: азот, аргон і т. д. .

Такі розрахунки потрібно робити за допомогою формули парціального тиску.

Формула тиску ідеального газу

Також варто зауважити, що тиск ідеального газу, тобто кожного окремого компонента газової суміші зручно порахувати за формулою молекулярно-кінетичної теорії.

Де n – концентрація молекул газу, T – абсолютна температура газу, k – стала Больцмана (вказує на взаємозв'язок між кінетичною енергією частки газу та її абсолютною температурою), вона дорівнює 1,38*10 -23 Дж/К.

Прилади для вимірювання тиску

Зрозуміло, людство винайшло багато приладів, що дозволяють швидко та зручно вимірювати рівень тиску. Для вимірювання тиску навколишнього середовища, воно атмосферний тиск використовують такий прилад як манометр або барометр.

Такий вигляд має класичний барометр для вимірювання атмосферного тиску.

Щоб дізнатися артеріальний тиск у людини, що часто є причиною нездужань використовується прилад відомий більшості під назвою неінвазивний тонометр. Таких приладів є безліч різновидів.

Також біологи у своїх дослідженнях займаються розрахунками осмотичного тиску – це тиск усередині та зовні клітини. А метеорологи, зокрема щодо перепадів тиску у навколишньому середовищі, передбачають нам погоду.

Рекомендована література та корисні посилання

• Кузнєцов Ст Н. Тиск. Велика Російська Енциклопедія. Дата звернення 27 серпня 2016 року.



• E.R. Cohen et al, "Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry", IUPAC Green Book, 3rd Edition, 2nd Printing, IUPAC & RSC Publishing, Cambridge (2008). - p. 14.

Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Познавайка

При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/запитання/пропозицію можете написати на мою пошту [email protected] або до Фейсбуку, з повагою автор.