Presiune

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

Salt la: Navigare, căutare

Utlilizarea presiunii - Memorialul căpitanului Cook din Lake Burley Griffin, Canberra.

Presiunea (simbol: p) este forţa pe unitatea de suprafaţă aplicată în direcţie perpendiculară pe acea suprafaţă.

Presiunea relativă este diferenţa de presiune faţă de presiunea atmosferică.

[modifică] Definiţie

Relaţia de definiţie este:

$p = \frac{F}{A}\,$

unde: $p$ este presiunea, $F$ este forţa normală, $A$ este suprafaţa.

Presiunea este o mărime scalară, care în SI se măsoară în pascali. 1 Pa = 1 N/m².

Presiunea se transmite suprafeţelor înconjurătoare ale domeniului sau secţiunilor prin fluid în direcţie normală în orice punct a acestor suprafeţe sau secţiuni. Ea este un parametru fundamental în termodinamică şi este o variabilă conjugată volumului.

[modifică] Unităţi de măsură

Manometru cu mercur

Măsurarea presiunilor se poate face cu manometrul. Manometrul pentru presiunea atmosferică se numeşte barometru.

Unitatea SI pentru presiune este pascalul (Pa), egal cu un Newton pe metru pătrat (N•m^-2 sau kg•m^-1•s^-2). Această unitate a fost adoptată în 1971; înainte presiunea în SI era exprimată în N/m². Este tolerată unitatea de măsură bar: 1 bar = 10⁵ Pa, ca fiind foarte apropiată ca mărime de vechea atmosferă tehnică (at).

Unitatea de măsură în alte sisteme de unităţi:

MKfS: 1 kgf/cm² = 1 at = 98166,5 Pa
CGS: 1 barie = 1 dynă/cm² = 0,1 Pa

Uneori presiunea este exprimată în mmHg, ca presiunea exercitată de o coloană de mercur cu înălţimea de 1 mm. Deoarece în această definiţie intervine densitatea mercurului – mărime a cărei valoare se putea modifica odată cu creşterea preciziei mijloacelor de măsurare – prin convenţie s-a stabilit că 760 mmHg = 1 atm (atmosferă fizică) = 101325 Pa. Atmosfera fizică este considerată presiune normală în definirea multor proprietăţi şi corespunde aproximativ la presiunea atmosferică la nivelul mării.

La fel, presiunea se poate exprima în înălţimea unei coloane de lichid oarecare, mult folosită fiind apa: mmH₂O. Presiunea este dată de relaţia (vezi mai jos la presiune hidrostatică):

$p = \rho g H \,$

Densitatea lichidului ρ nu se cunoaşte exact, iar acceleraţia gravitaţională g nu are valori identice în orice punct de pe Pământ, aşa că în mod convenţional se consideră g = 9,80665 m/s², iar pentru apă ρ = 1000 kg/m³.

Deşi neacceptate în fizică, aceste „unităţi manometrice” se întâlnesc în practică, de exemplu presiunea sangvină adesea este exprimată în milimetri de mercur, iar la scufundări 10 m adâncime corespund la „o atmosferă”.

La gaze, presiunea este uneori exprimată nu ca presiune absolută, ci ca presiune relativă, relativ la presiunea atmosferică. Un exemplu este presiunea aerului în pneurile automobilelor, unde se spune "220 kPa", ceea ce însemnă 220 kPa peste presiunea atmosferică. Deoarece presiunea atmosferică la nivelul mării este de cca. 100 kPa, presiunea absolută în pneu este cca. 320 kPa. În tehnică se spune "o suprapresiune de 220 kPa".

[modifică] Natura scalară a presiunii

În fluide în repaus moleculele sunt în continuă mişcare browniană. Deoarece numărul de molecule este foarte mare şi mişcarea lor individuală este aleatoare nu se observă nicio mişcare la nivel macroscopic. Dacă fluidul este închis într-un vas, se va constata existenţa unei presiuni pe pereţii vasului datorită impactului moleculelor fluidului cu pereţii. Indiferent unde ar fi plasaţi aceşti pereţi, chiar în vas, presiunea va fi aceeaşi peste tot. Vasul s-ar putea reduce la dimensiunile unui punct, în care presiunea va avea o unică valoare. Rezultă că presiunea este o mărime scalară, nu una vectorială, ea are o valoare, dar nu o direcţie asociată în care se exercită. În interiorul unui fluid presiunea se exercită în toate direcţiile, iar la suprafeţele care înconjoară domeniul, perpendicular pe aceste suprafeţe.

[modifică] Presiune normală

Până în anul 1982, prin presiune normală s-a înţeles presiunea de o atmosferă fizică, adică 760 torr = 101325 Pa. Începând cu anul 1982 BIPM recomandă drept presiune normală presiunea de 1 bar = 100000 Pa^[1], însă această recomandare încă nu s-a impus.

[modifică] Cazuri particulare

[modifică] Presiune statică

Presiunea statică, notată de obicei p_st este presiunea interioară a unui fluid, măsurată cu un aparat care se mişcă cu aceeaşi viteză ca şi fluidul. De exemplu, pe pereţii unei conducte se exercită presiunea statică a fluidului care curge prin ea.

[modifică] Presiune dinamică

Presiunea dinamică, notată de obicei p_din este presiunea suplimentară a unui fluid care s-ar lovi de o suprafaţă şi ar fi obligat să-şi consume complet energia cinetică. Ea se exprimă prin relaţia:

$p_{din} = \rho \frac{v^2}{2}\,$

unde ρ este densitatea fluidului, în kg/m³, v este viteza, în m/s.

[modifică] Presiune de stagnare

Presiunea de stagnare este presiunea pe care ar exercita-o un fluid în mişcare dacă ar fi forţat să se oprească. Dacă un fluid se mişcă mai repede, presiunea sa de stagnare creşte. Presiunea statică şi presiunea de stagnare sunt legate de numărul Mach al fluidului. A se vedea şi ecuaţia lui Bernoulli, care însă este valabilă doar pentru fluide incompresibile.

Presiunea unui fluid în mişcare poate fi măsurată cu un tub Pitot, conectat la un manometru.

[modifică] Presiune hidrostatică

Presiunea hidrostatică este presiunea datorită greutăţii unui fluid.

$p = \rho g h \,$

unde:

ρ (rho) este densitatea fluidului (ex. densitatea apei este practic 1000 kg/m³);

g este acceleraţia gravitaţională (convenţional 9,80665 m/s² la suprafaţa mării);

h este înălţimea coloanei de fluid, (în metri).

[modifică] Presiune de explozie sau deflagraţie

Presiunile de explozie sau deflagraţie sunt create prin aprinderea gazelor explozibile, a aerosolilor, a suspensiilor în spaţii închise sau deschise. Aceste presiuni se propagă sub forma unei unde de şoc.

[modifică] Presiune negativă

Deşi presiunile sunt de obicei pozitive, în câteva cazuri se întâlnesc presiuni negative:

Când se discută de presiuni relative. De exemplu, o presiune absolută de 80 kPa poate fi exprimată ca o presiune relativă de -21 kPa (adică 21 kPa sub presiunea atmosferică de 101 kPa). În tehnică se spune "o depresiune de 21 kPa".
Când forţele de atracţie (ex. forţa Van der Waals) între particulele de fluid depăşeşte forţele de respingere. Acest scenariu este însă instabil, deoarece particulele se vor apropia până ce forţele de respingere vor echilibra forţele de atracţie. Presiuni negative apar în timpul transpiraţiei plantelor.
Efectul Casimir poate crea mici forţe de atracţie prin interacţiunea cu energia vidului. Uneori aceasta este numită 'presiunea vidului' (a nu se confunda cu depresiunea).
În funcţie de sistemul de referinţă la orientarea suprafeţelor, o presiune pozitivă pe o faţă a unei suprafeţe poate fi considerată negativă pe cealaltă faţă a suprafeţei.
În cosmologie. Vezi şi energie întunecată, expansiunea universului.

[modifică] Note

^ BIPM, op. cit. p. 38

[modifică] Bibliografie

Răduleţ, R. şi colab. Lexiconul Tehnic Român, Editura Tehnică, Bucureşti, 1957-1966.
BIPM Le Système international d'unités, 8^-è édition, 2006, ISBN 92-822-2213-6

[modifică] Vezi şi

[modifică] Legături externe

Adus de la "http://ro.wikipedia.org/wiki/Presiune"