Tryk

væsketryk

væsketryk er oftest trykspændingen på et tidspunkt i en væske. (Udtrykket væske refererer til både væsker og gasser – for mere information specifikt om væsketryk, se afsnit nedenfor.)

væsketryk forekommer i en af to situationer:

1. en åben tilstand, kaldet “åben kanalstrøm”, f.eks.
2. en lukket tilstand, kaldet “lukket ledning”, f.eks. en vandledning eller gasledning.

tryk under åbne forhold kan normalt tilnærmes som trykket i “statiske” eller ikke-bevægelige forhold (selv i havet, hvor der er bølger og strømme), fordi bevægelserne kun skaber ubetydelige ændringer i trykket. Sådanne forhold er i overensstemmelse med principperne for væskestatik. Trykket på et givet punkt af en ikke-bevægende (statisk) væske kaldes hydrostatisk tryk.

lukkede væskelegemer er enten “statiske”, når væsken ikke bevæger sig, eller “dynamiske”, når væsken kan bevæge sig som i enten et rør eller ved at komprimere et luftgab i en lukket beholder. Trykket i lukkede forhold er i overensstemmelse med principperne for væskedynamik.

begreberne væsketryk er overvejende tilskrevet opdagelserne af Blaise Pascal og Daniel Bernoulli. Bernoullis ligning kan bruges i næsten enhver situation til at bestemme trykket på ethvert tidspunkt i en væske. Ligningen gør nogle antagelser om væsken, såsom væsken er ideel og ukomprimerbar. En ideel væske er en væske, hvor der ikke er friktion, den er usynlig (nul viskositet). Ligningen for alle punkter i et system fyldt med en væske med konstant densitet er

p-kr + V 2 2 g + å = c o n s t, {\displaystyle {\frac {p} {\gamma }} + {\frac {v^{2}}{2G}} + å= \ mathrm {const} ,}

hvor:

p, væskens tryk, l {\displaystyle {\gamma }}

= PG, massefylde-tyngdeacceleration er væskens (volumen-) specifikke vægt, v, væskens hastighed, g, tyngdeacceleration, å, elevation, p-vægt {\displaystyle {\frac {p} {\gamma }}}

, trykhoved, v 2 2 g {\displaystyle {\frac {v^{2}} {2g}}}

, hastighed hoved.

Ansøgningerrediger

• hydrauliske bremser
• artesisk brønd
• blodtryk
• hydraulisk hoved
• Plantecelleturgiditet
• Pythagorean cup

eksplosion eller deflagrationstrykredit

eksplosions-eller Deflagrationstryk er resultatet af antændelse af eksplosive gasser, tåger, støv/luftsuspensioner i ubegrænsede og lukkede rum.

negativt trykrediger

mens trykket generelt er positivt, er der flere situationer, hvor der kan opstå negativt tryk:

• ved håndtering i relative (gauge) tryk. For eksempel kan et absolut tryk på 80 kPa beskrives som et målertryk på -21 kPa (dvs.21 kPa under et atmosfærisk tryk på 101 kPa). For eksempel er abdominal dekompression en obstetrisk procedure, hvor negativt målertryk påføres intermitterende på en gravid kvindes underliv.
• Negative absolutte tryk er mulige. De er effektivt spænding, og både bulk faste stoffer og bulkvæsker kan sættes under negativt absolut tryk ved at trække på dem. Mikroskopisk har molekylerne i faste stoffer og væsker attraktive interaktioner, der overstyrer den termiske kinetiske energi, så en vis spænding kan opretholdes. Termodynamisk er et bulkmateriale under negativt tryk imidlertid i en metastabil tilstand, og det er især skrøbeligt i tilfælde af væsker, hvor undertrykstilstanden ligner overophedning og let er modtagelig for kavitation. I visse situationer kan kavitationen undgås, og negativt tryk opretholdes på ubestemt tid, for eksempel er flydende kviksølv blevet observeret at opretholde op til -425 atm i rene glasbeholdere. Negative væsketryk menes at være involveret i opstigningen af saft i planter, der er højere end 10 m (det atmosfæriske trykhoved af vand).
• Casimir-effekten kan skabe en lille attraktiv kraft på grund af interaktioner med vakuumenergi; denne kraft kaldes undertiden “vakuumtryk” (ikke at forveksle med et vakuums negative målertryk).
• for ikke-isotrope spændinger i stive legemer, afhængigt af hvordan orienteringen af en overflade vælges, kan den samme fordeling af kræfter have en komponent af positivt tryk langs en overflade normal, med en komponent af negativt tryk, der virker langs en anden overflade normal.
  • spændingerne i et elektromagnetisk felt er generelt ikke-isotrope, hvor trykket normalt til et overfladeelement (den normale stress) er negativt og positivt for overfladeelementer vinkelret på dette.
• i kosmologi skaber mørk energi en meget lille, men alligevel kosmisk signifikant mængde negativt tryk, hvilket fremskynder universets ekspansion.

Stagnationstrykredit

Stagnationstryk er det tryk, en væske udøver, når den er tvunget til at stoppe med at bevæge sig. Selvom en væske, der bevæger sig ved højere hastighed, vil have et lavere statisk tryk, kan det derfor have et højere stagnationstryk, når det tvinges til stilstand. Statisk tryk og stagnationstryk er forbundet med:

p 0 = 1 2 ret v 2 + p {\displaystyle p_{0}={\frac {1}{2}}\rho v^{2}+p}

hvor

p 0 {\displaystyle p_{0}}

er stagnationstrykket, er densiteten, v {\displaystyle \rho }

er densiteten, v {\displaystyle v}

er strømningshastigheden, p {\displaystyle p}

er det statiske tryk.

trykket af en bevægende væske kan måles ved hjælp af et pitotrør eller en af dens variationer, såsom en Kiel-probe eller Cobra-probe, forbundet til et manometer. Afhængigt af hvor indløbshullerne er placeret på sonden, kan den måle statiske tryk eller stagnationstryk.

overfladetryk og overfladespændingredit

der er en todimensionel analog af tryk-den laterale kraft pr.

overfladetryk er betegnet med liter:

liter = F L {\displaystyle \ pi ={\frac {F}{l}}}

og deler mange lignende egenskaber med tredimensionelt tryk. Egenskaber ved overfladekemikalier kan undersøges ved at måle tryk/områdeisotermer, som den todimensionelle analog af Boyles lov, nA = k, ved konstant temperatur.

overfladespænding er et andet eksempel på overfladetryk, men med et omvendt tegn, fordi “spænding” er det modsatte af “tryk”.

tryk på en ideel gasrediger

i en ideel gas har molekyler intet volumen og interagerer ikke. I henhold til den ideelle gaslov varierer trykket lineært med temperatur og mængde og omvendt med volumen:

p = n R T V, {\displaystyle p={\frac {nRT}{V}},}

hvor:

p er gasens absolutte tryk, n er mængden af stof, T er den absolutte temperatur, V er volumenet, R er den ideelle gaskonstant.

reelle gasser udviser en mere kompleks afhængighed af statens variabler.

Damptrykredit

damptryk er trykket af en damp i termodynamisk ligevægt med dens kondenserede faser i et lukket system. Alle væsker og faste stoffer har en tendens til at fordampe til en gasform, og alle gasser har en tendens til at kondensere tilbage til deres flydende eller faste form.

det atmosfæriske tryk kogepunkt for en væske (også kendt som det normale kogepunkt) er den temperatur, ved hvilken damptrykket er lig med det omgivende atmosfæriske tryk. Med enhver trinvis stigning i denne temperatur bliver damptrykket tilstrækkeligt til at overvinde atmosfærisk tryk og løfte væsken til dannelse af dampbobler inde i hovedparten af stoffet. Bobledannelse dybere i væsken kræver et højere tryk og derfor højere temperatur, fordi væsketrykket stiger over det atmosfæriske tryk, når dybden stiger.

damptrykket, som en enkelt komponent i en blanding bidrager til det samlede tryk i systemet, kaldes delvis damptryk.

Væsketrykredit

når en person svømmer under vandet, mærkes vandtrykket, der virker på personens trommehinde. Jo dybere denne person svømmer, jo større er trykket. Trykket følte skyldes vægten af vandet over personen. Når nogen svømmer dybere, er der mere vand over personen og derfor større pres. Det tryk, en væske udøver, afhænger af dens dybde.

væsketryk afhænger også af væskens tæthed. Hvis nogen var nedsænket i en væske mere tæt end vand, ville trykket være tilsvarende større. Således kan vi sige, at dybden, densiteten og væsketrykket er direkte forholdsmæssige. Trykket på grund af en væske i væskekolonner med konstant densitet eller i en dybde inden for et stof er repræsenteret ved følgende formel:

p = liter g h, {\displaystyle p= \ rho gh,}

hvor:

p er væsketryk, g er tyngdekraften på overfladen af overliggende materiale, massefylde af væske, h er højden af væskesøjle eller dybde i et stof.

en anden måde at sige den samme formel på er følgende:

p = vægtdensitetsdybde . {\displaystyle p={\tekst{vægtdensitet}} \ gange {\tekst{dybde}}.}

afledning af denne ligning

dette er afledt af definitionerne af tryk og vægtdensitet. Overvej et område i bunden af et væskekar. Vægten af væskesøjlen direkte over dette område frembringer tryk. Fra definitionen vægtdensitet = vægtvolumen {\displaystyle {\tekst{vægtdensitet}}={\frac {\tekst{vægt}} {\tekst{volumen}}}}

vi kan udtrykke denne vægt af væske som

vægt = vægt massefylde massefylde, {\displaystyle {\tekst{vægt}}={\tekst{vægt massefylde}} \ gange {\tekst{volumen}},}

hvor kolonnens volumen simpelthen er området multipliceret med dybden. Så har vi

tryk = kraftområde = vægtområde = vægtdensitet volumenområde, {\displaystyle {\tekst{tryk}}={\frac {\tekst {kraft}} {\tekst{område}}}={\frac {\tekst{vægt}}{\tekst{område}}}={\tekst {område}}} = {\frac {{\tekst{vægt}}} = {\frac {{\tekst {vægt}}} \ gange {\tekst {volumen}}} {\tekst {område}}}}},}

tryk = vægt massefylde (område massefylde dybde) område . {\displaystyle {\tekst{tryk}}={\frac {{\tekst{vægtdensitet}} \ gange {\tekst {(område}} \ gange {\tekst{dybde)}}} {\tekst{område}}}.}

med ” området “i tælleren og” området ” i nævneren, der annullerer hinanden, står vi tilbage med

tryk = vægtdensitetsdybde . {\displaystyle {\tekst{tryk}}={\tekst{vægtdensitet}} \ gange {\tekst{dybde}}.}

skrevet med symboler, Dette er vores oprindelige ligning:

p = liter g h . {\displaystyle p= \ rho gh.}

det tryk, en væske udøver mod siderne og bunden af en beholder, afhænger af væskens densitet og dybde. Hvis atmosfærisk tryk forsømmes, er væsketrykket mod bunden dobbelt så stort ved to gange dybden; ved tre gange dybden er væsketrykket tredobbelt; etc. Eller hvis væsken er to eller tre gange så tæt, er væsketrykket tilsvarende to eller tre gange så stort for en given dybde. Væsker er praktisk talt ukomprimerbare-det vil sige, at deres volumen næppe kan ændres ved tryk (vandmængden falder med kun 50 milliontedele af dets oprindelige volumen for hver atmosfærisk stigning i tryk). Således, bortset fra små ændringer produceret af temperatur, er densiteten af en bestemt væske praktisk talt den samme på alle dybder.

atmosfærisk tryk presning på overfladen af en væske skal tages i betragtning, når man prøver at opdage det samlede tryk, der virker på en væske. Det samlede tryk af en væske er derfor pgh plus atmosfærens tryk. Når denne sondring er vigtig, anvendes udtrykket totaltryk. Ellers henviser diskussioner om væsketryk til tryk uden hensyntagen til det normalt altid tilstedeværende atmosfæriske tryk.

trykket afhænger ikke af mængden af væske til stede. Volumen er ikke den vigtige faktor – dybde er. Det gennemsnitlige vandtryk, der virker mod en dæmning, afhænger af vandets gennemsnitlige dybde og ikke af mængden af vand, der holdes tilbage. For eksempel udøver en bred, men lavvandet sø med en dybde på 3 m (10 ft) kun halvdelen af det gennemsnitlige tryk, som en lille 6 m (20 ft) dyb dam gør. (Den samlede kraft, der påføres den længere dæmning, vil være større på grund af det større samlede overfladeareal, som trykket kan virke på. Men for en given 5 fods (1,5 m) bred sektion af hver dæmning vil det 10 ft (3,0 m) dybe vand anvende en fjerdedel af kraften på 20 ft (6,1 m) dybt vand). En person vil føle det samme pres, om hans/hendes hoved er dunked en meter under overfladen af vandet i en lille pool eller til samme dybde midt i en stor sø. Hvis fire vaser indeholder forskellige mængder vand, men alle er fyldt til lige dybder, vil en fisk med hovedet dunket et par centimeter under overfladen blive påvirket af vandtryk, der er det samme i nogen af vaserne. Hvis fisken svømmer et par centimeter dybere, vil trykket på fisken stige med dybden og være det samme, uanset hvilken vase fisken er i. Hvis fisken svømmer til bunden, vil trykket være større, men det gør ingen forskel, hvilken vase den er i. Alle vaser er fyldt til lige dybder, så vandtrykket er det samme i bunden af hver vase, uanset dens form eller volumen. Hvis vandtrykket i bunden af en vase var større end vandtrykket i bunden af en nabovase, ville det større tryk tvinge vand sidelæns og derefter op ad den smalere vase til et højere niveau, indtil trykket i bunden blev udlignet. Tryk er dybdeafhængigt, ikke volumenafhængigt, så der er en grund til, at vand søger sit eget niveau.

ved at gentage dette som energiligning er energien pr.volumenenhed i en ideel, ukomprimerbar væske konstant i hele dens beholder. På overfladen er gravitationspotentialenergien stor, men væsketryksenergien er lav. I bunden af fartøjet omdannes al gravitationspotentialenergi til trykenergi. Enhedsvolumen er konstant i hele væskens volumen, og de to energikomponenter ændres lineært med dybden. Matematisk beskrives det af Bernoullis ligning, hvor hastighedshovedet er nul, og sammenligninger pr . {\displaystyle {\frac {p} {\gamma }} + å= \ mathrm {const} .}

udtryk har samme betydning som i sektion væsketryk.

retning af væsketrykredit

en eksperimentelt bestemt kendsgerning om væsketryk er, at den udøves ens i alle retninger. Hvis nogen er nedsænket i vand, uanset hvilken vej den person vipper hovedet, vil personen føle den samme mængde vandtryk på hans/hendes ører. Fordi en væske kan strømme, er dette tryk ikke kun nedad. Tryk ses virke sidelæns, når vand ansporer sidelæns fra en lækage i siden af en opretstående dåse. Tryk virker også opad, som demonstreret, når nogen forsøger at skubbe en strandkugle under vandets overflade. Bunden af en båd skubbes opad af vandtryk (opdrift).

når en væske presser mod en overflade, er der en nettokraft, der er vinkelret på overfladen. Selvom tryk ikke har en bestemt retning, gør kraft det. En nedsænket trekantet blok har vand tvunget mod hvert punkt fra mange retninger, men komponenter i kraften, der ikke er vinkelret på overfladen, annullerer hinanden og efterlader kun et net vinkelret punkt. Dette er grunden til, at vand, der sprøjter fra et hul i en spand, oprindeligt forlader spanden i en retning vinkelret på overfladen af spanden, hvor hullet er placeret. Derefter kurver den nedad på grund af tyngdekraften. Hvis der er tre huller i en spand (top, bund og midten), vil kraftvektorerne vinkelret på den indre beholderoverflade stige med stigende dybde – det vil sige, at et større tryk i bunden gør det sådan, at bundhullet skyder vand længst ud. Den kraft, der udøves af en væske på en glat overflade, er altid vinkelret på overfladen. Hastigheden af væske ud af hullet er 2 g h {\displaystyle \ scriptstyle {\kvm {2gh}}}

, hvor h er dybden under den frie overflade. Dette er den samme hastighed, som vandet (eller noget andet) ville have, hvis det frit falder den samme lodrette afstand h.

kinematisk trykredigering

P = p / l 0 {\displaystyle P=p / \ rho _{0}}

er det kinematiske tryk, hvor p {\displaystyle p}

er trykket og 0 {\displaystyle \ rho _{0}}

konstant massetæthed. SI-enheden på P er m2 / s2. Kinematisk tryk anvendes på samme måde som kinematisk viskositetslir {\displaystyle \ nu }

for at beregne Navier–Stokes-ligningen uden eksplicit at vise densitetslir 0 {\displaystyle \ rho _{0}}

. Navier-Stokes-ligning med kinematiske mængder kur u kur t + ( kur u ) u = − kur P + kur 2 u . {\displaystyle {\frac {\partial u} {\partial t}}+(u\nabla )u=- \ nabla P+\nu \ nabla ^{2}u.}