Nyomás

folyadéknyomás

a folyadéknyomás leggyakrabban a nyomófeszültség egy folyadékon belül. (A folyadék kifejezés mind folyadékokra, mind gázokra vonatkozik – a folyadéknyomással kapcsolatos további információkért lásd az alábbi szakaszt.)

a folyadéknyomás a két helyzet egyikében fordul elő:

1. egy nyitott állapot, az úgynevezett “nyitott csatorna flow”, például az óceán, a medence, vagy a légkör.
2. zárt állapot, az úgynevezett “zárt vezeték”, pl. vízvezeték vagy gázvezeték.

a nyomás nyílt körülmények között általában úgy közelíthető meg, mint a nyomás “statikus” vagy nem mozgó körülmények között (még az óceánban is, ahol hullámok és áramlatok vannak), mert a mozgások csak elhanyagolható változásokat okoznak a nyomásban. Ezek a feltételek megfelelnek a folyékony statika elveinek. A nem mozgó (statikus) folyadék bármely pontján fellépő nyomást hidrosztatikus nyomásnak nevezzük.

a zárt folyadéktestek vagy “statikusak”, amikor a folyadék nem mozog, vagy” dinamikusak”, amikor a folyadék úgy mozoghat, mint egy csőben, vagy egy zárt tartályban lévő légrés összenyomásával. A nyomás zárt körülmények között megfelel a folyadékdinamika elveinek.

a folyadéknyomás fogalmát elsősorban Blaise Pascal és Daniel Bernoulli felfedezéseinek tulajdonítják. Bernoulli egyenlete szinte bármilyen helyzetben felhasználható a nyomás meghatározására a folyadék bármely pontján. Az egyenlet néhány feltételezést tesz a folyadékról, például a folyadék ideális és összenyomhatatlan. Az ideális folyadék olyan folyadék, amelyben nincs súrlódás, inviscid (nulla viszkozitás). Az állandó sűrűségű folyadékkal töltött rendszer összes pontjának egyenlete

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

ahol:

p, a folyadék nyomása, \ {\displaystyle {\gamma }}

= pg, sűrűség a gravitáció gyorsulása a folyadék (térfogat-) fajsúlya, v, a folyadék sebessége, g, a gravitáció gyorsulása, z, magasság, p {\displaystyle {\frac {p} {\gamma }}}

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

, sebességfej.

ApplicationsEdit

• Hidraulikus fékek
• Artézi kút
• vérnyomás
• hidraulikus fej
• növényi sejt turgiditás
• Pitagorasz kupa

robbanás vagy deflagration pressuresedit

a robbanás vagy deflagration nyomás a robbanásveszélyes gázok, ködök, por/levegő szuszpenziók meggyulladásának eredménye, korlátozás nélküli és zárt térben.

negatív nyomásszerkesztés

míg a nyomás általában pozitív, számos olyan helyzet fordulhat elő, amikor negatív nyomás tapasztalható:

• relatív (nyomtávú) nyomás esetén. Például egy 80 kPa abszolút nyomás leírható -21 kPa nyomásként (azaz 21 kPa alatt 101 kPa légköri nyomás alatt). Például a hasi dekompresszió olyan szülészeti eljárás, amelynek során a terhes nő hasára szakaszosan negatív nyomónyomást alkalmaznak.
• negatív abszolút nyomás lehetséges. Hatékonyan feszülnek, és mind az ömlesztett szilárd anyagok, mind az ömlesztett folyadékok negatív abszolút nyomás alá helyezhetők rájuk húzva. Mikroszkopikusan a szilárd anyagokban és folyadékokban lévő molekulák vonzó kölcsönhatásokkal rendelkeznek, amelyek felülmúlják a termikus kinetikus energiát, így bizonyos feszültség fenntartható. Termodinamikailag azonban a negatív nyomás alatt lévő ömlesztett anyag metastabil állapotban van, és különösen törékeny olyan folyadékok esetében, ahol a negatív nyomásállapot hasonló a túlhevítéshez, és könnyen hajlamos a kavitációra. Bizonyos helyzetekben a kavitáció elkerülhető, és a negatív nyomás határozatlan ideig fennmarad, például a folyékony higanyt megfigyelték, hogy tiszta üvegtartályokban -425 atm-ig tart fenn. Úgy gondolják, hogy a negatív folyadéknyomás részt vesz a nedv emelkedésében a 10 m-nél magasabb növényekben (a légköri nyomás vízfej).
• a Casimir-effektus kis vonzó erőt hozhat létre a vákuumenergiával való kölcsönhatások miatt; ezt az erőt néha “vákuumnyomásnak” nevezik (nem tévesztendő össze a vákuum negatív nyomásával).
• merev testekben a nem izotróp feszültségek esetében, attól függően, hogy a felület tájolását hogyan választják meg, ugyanazon erőeloszlásnak lehet pozitív nyomású komponense az egyik felület mentén normális, a negatív nyomású komponens pedig egy másik felület mentén működik normális.
  • az elektromágneses térben fellépő feszültségek általában nem izotrópok, az egyik felületi elemre normál nyomás (a normál feszültség) negatív, az erre merőleges felületi elemek esetében pozitív.
• a kozmológiában a sötét energia nagyon kicsi, de kozmikailag jelentős mennyiségű negatív nyomást hoz létre, ami felgyorsítja az univerzum tágulását.

stagnáló nyomásszerkeszt

a stagnáló nyomás az a nyomás, amelyet egy folyadék fejt ki, amikor arra kényszerül, hogy abbahagyja a mozgást. Következésképpen, bár a nagyobb sebességgel mozgó folyadéknak alacsonyabb lesz a statikus nyomása, állásra kényszerítve nagyobb stagnálási nyomása lehet. A statikus nyomás és a stagnálási nyomás összefügg:

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

ahol

p 0 {\displaystyle p_{0}}

a pangási nyomás, \{\displaystyle\rho }

a sűrűség, v {\displaystyle v}

az áramlási sebesség, p {\displaystyle p}

a statikus nyomás.

a mozgó folyadék nyomása mérhető a Pitot cső, vagy annak egyik változata, például a Kiel szonda vagy Cobra szonda, manométerhez csatlakoztatva. Attól függően, hogy a bemeneti lyukak hol helyezkednek el a szondán, meg tudja mérni a statikus nyomást vagy a stagnálási nyomást.

felületi nyomás és felületi feszültség

a nyomásnak van egy kétdimenziós analógja – az erőre merőleges egyenesre kifejtett oldalirányú erő.

a felületi nyomást a következők jelölik: 6284 = f l {\displaystyle \ pi ={\frac {F}{l}}}

és sok hasonló tulajdonsággal rendelkezik háromdimenziós nyomással. A felszíni vegyi anyagok tulajdonságait a nyomás/terület izotermák mérésével lehet megvizsgálni, mint a Boyle-törvény kétdimenziós analógját, nA = k, állandó hőmérsékleten.

a felületi feszültség a felületi nyomás másik példája, de fordított előjellel, mert a “feszültség” ellentétes a “nyomással”.

ideális gáz nyomása

ideális gázban a molekuláknak nincs térfogatuk és nem lépnek kölcsönhatásba. Az ideális gáztörvény szerint a nyomás lineárisan változik a hőmérséklettel és a mennyiséggel, és fordítva a térfogattal:

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

ahol:

p a gáz abszolút nyomása, n az anyag mennyisége, T az abszolút hőmérséklet, V a térfogat, R az ideális gázállandó.

a valós gázok összetettebb függést mutatnak az állapotváltozóktól.

gőznyomás

a gőznyomás a termodinamikai egyensúlyban lévő gőz nyomása zárt rendszerben kondenzált fázisaival. Minden folyadék és szilárd anyag hajlamos arra, hogy gáz halmazállapotúvá párologjon, és minden gáz hajlamos arra, hogy visszasűrüljön folyékony vagy szilárd formájába.

a folyadék légköri nyomásának forráspontja (más néven normál forráspont) az a hőmérséklet, amelyen a gőznyomás megegyezik a környezeti légköri nyomással. A hőmérséklet bármely fokozatos növekedésével a gőznyomás elegendővé válik a légköri nyomás leküzdéséhez és a folyadék felemeléséhez, hogy gőzbuborékokat képezzen az anyag nagy részében. A folyadékban mélyebb buborékképződés nagyobb nyomást, ezért magasabb hőmérsékletet igényel, mivel a folyadéknyomás a mélység növekedésével a légköri nyomás fölé növekszik.

azt a gőznyomást, amelyet a keverék egyetlen komponense hozzájárul a rendszer teljes nyomásához, részleges gőznyomásnak nevezzük.

Liquid pressureEdit

amikor egy személy a víz alatt úszik, a víz nyomása érezhető a személy dobhártyáján. Minél mélyebben úszik az ember, annál nagyobb a nyomás. A nyomás érezhető a víz súlyának a személy felett. Ahogy valaki mélyebben úszik, több víz van az ember felett, ezért nagyobb a nyomás. A folyadék nyomása a mélységétől függ.

a folyadék nyomása a folyadék sűrűségétől is függ. Ha valaki a víznél sűrűbb folyadékba merülne, a nyomás ennek megfelelően nagyobb lenne. Így azt mondhatjuk, hogy a mélység, a sűrűség és a folyadéknyomás közvetlenül arányos. Az állandó sűrűségű folyadékoszlopokban vagy az anyagon belüli mélységben lévő folyadék által okozott nyomást a következő képlettel lehet ábrázolni:

P = \ G H, {\displaystyle p= \ rho gh,}

ahol:

p a folyadéknyomás, g a gravitáció az átfedő anyag felületén, 6 a folyadék sűrűsége, h a folyadékoszlop magassága vagy az anyag mélysége.

egy másik módja annak, hogy ugyanazt a képletet mondjuk:

p = tömegsűrűség .. mélység . {\displaystyle p = {\text{súlysűrűség}} \ times {\text{mélység}}.}

ennek az egyenletnek a levezetése

ez a nyomás és a tömegsűrűség meghatározásából származik. Vegyünk egy területet egy folyadékedény alján. A folyadékoszlop súlya közvetlenül ezen a területen nyomást eredményez. A definícióból tömeg sűrűség = tömeg térfogat {\displaystyle {\text{súly sűrűség}} = {\frac {\text{súly}} {\text{kötet}}}}

ezt a folyadéktömeget

súly = tömegsűrűség, {\displaystyle {\text{weight}} = {\text{weight density}}\times {\text{volume}},}

ahol az oszlop térfogata egyszerűen a terület szorozva a mélységgel. Akkor

nyomás = erő terület = súly terület = súly sűrűség = térfogat terület, {\displaystyle {\text{nyomás}} = {\frac {\text{force}} {\text{area}}}={\frac {\text{weight}}{\text{area}}}={\frac {{\text{weight}}}\times {\text{volume}}} {\text{area}}}}}},}

nyomás = tömegsűrűség (terület, mélység) terület . {\displaystyle {\text{pressure}}={\frac {{\text{weight density}} \ times {\text {(area}} \ times {\text {depth)}}} {\text{area}}}.}

ha a számlálóban a “terület” és a nevezőben a “terület” kiiktatja egymást, akkor

nyomás = tömegsűrűség, mélység, mélység marad . {\displaystyle {\text{pressure}}={\text{weight density}} \times {\text{depth}}.}

szimbólumokkal írva, ez az eredeti egyenletünk:

p = ^ G H . {\displaystyle p = \ rho gh.}

a folyadéknak a tartály oldalaira és aljára gyakorolt nyomása a folyadék sűrűségétől és mélységétől függ. Ha a légköri nyomást elhanyagolják, akkor a folyadék nyomása az aljára kétszer akkora a mélység kétszeresénél; a mélység háromszorosánál a folyadéknyomás háromszoros; stb. Vagy ha a folyadék kétszer vagy háromszor olyan sűrű, akkor a folyadéknyomás ennek megfelelően kétszer vagy háromszor akkora egy adott mélységnél. A folyadékok gyakorlatilag összenyomhatatlanok-Vagyis térfogatukat alig lehet megváltoztatni nyomással (a víz térfogata az eredeti térfogatának csak 50 milliomodával csökken minden egyes légköri nyomásnövekedés esetén). Így a hőmérséklet által előidézett kis változások kivételével egy adott folyadék sűrűsége minden mélységben gyakorlatilag azonos.

a folyadék felületére ható légköri nyomást figyelembe kell venni a folyadékra ható teljes nyomás felfedezésekor. A folyadék teljes nyomása tehát pgh plusz a légkör nyomása. Ha ez a megkülönböztetés fontos, akkor a teljes nyomás kifejezést használjuk. Ellenkező esetben a folyadéknyomás megbeszélései a nyomásra utalnak, tekintet nélkül a normálisan mindig jelenlévő légköri nyomásra.

a nyomás nem függ a jelen lévő folyadék mennyiségétől. A térfogat nem a fontos tényező-a mélység. A gát ellen ható átlagos víznyomás a víz átlagos mélységétől függ, nem pedig a visszatartott víz mennyiségétől. Például egy széles, de sekély, 3 m (10 láb) mélységű tó csak az átlagos nyomás felét fejti ki, mint egy kicsi, 6 m (20 láb) mély tó. (A hosszabb gátra kifejtett teljes erő nagyobb lesz, mivel a nyomás nagyobb teljes felületre hat. De az egyes gátak adott 5 láb (1,5 m) széles szakaszához a 10 láb (3,0 m) mély víz a 20 láb (6,1 m) mély víz erő negyedét fogja kifejteni. Az ember ugyanazt a nyomást fogja érezni, függetlenül attól, hogy a fejét egy méterrel a víz felszíne alatt egy kis medencében vagy ugyanolyan mélységben egy nagy tó közepén merítik. Ha négy váza különböző mennyiségű vizet tartalmaz, de mindegyik azonos mélységben van feltöltve, akkor egy halat, amelynek feje néhány centiméterrel a felszín alatt van, a vázák bármelyikében azonos víznyomás hat. Ha a hal néhány centiméterrel mélyebbre úszik, a halra nehezedő nyomás a mélységgel növekszik, és ugyanolyan lesz, függetlenül attól, hogy melyik vázában van a hal. Ha a hal az aljára úszik, akkor a nyomás nagyobb lesz, de nincs különbség, hogy milyen vázában van. Az összes vázát egyenlő mélységig töltik meg, így a víznyomás minden váza alján azonos, alakjától vagy térfogatától függetlenül. Ha a váza alján lévő víznyomás nagyobb, mint a szomszédos váza alján lévő víznyomás, akkor a nagyobb nyomás oldalra kényszeríti a vizet, majd a keskenyebb vázát magasabb szintre emeli, amíg az alján lévő nyomás kiegyenlítődik. A nyomás mélységfüggő, nem térfogatfüggő, ezért oka van annak, hogy a víz a saját szintjét keresi.

ezt energiaegyenletként megismételve az ideális, összenyomhatatlan folyadék térfogategységre jutó energiája állandó az egész edényében. A felszínen a gravitációs potenciális energia nagy, de a folyadéknyomás energiája alacsony. Az edény alján az összes gravitációs potenciális energia nyomásenergiává alakul. A nyomásenergia és a gravitációs potenciális energia összege egységnyi térfogatban állandó a folyadék teljes térfogatában, és a két energiakomponens lineárisan változik a mélységgel. Matematikailag a Bernoulli-egyenlet írja le, ahol a sebességfej nulla, és az ér térfogategységére vonatkozó összehasonlítások

P ++ + z = c O n s t . {\displaystyle {\frac {p} {\gamma }} + z = \ mathrm {const} .}

a kifejezések jelentése ugyanaz, mint a szakaszban folyadéknyomás.

a folyadéknyomás iránya

a folyadéknyomás kísérletileg meghatározott ténye az, hogy minden irányban egyformán hat. Ha valaki vízbe merül, függetlenül attól, hogy az illető milyen módon dönti el a fejét, az illető ugyanolyan mennyiségű víznyomást fog érezni a fülén. Mivel a folyadék áramolhat,ez a nyomás nem csak lefelé. Nyomás látható ható oldalra, amikor a víz spurts oldalra egy szivárgás az oldalán egy függőleges is. A nyomás felfelé is hat, amint azt bizonyítja, amikor valaki megpróbál egy strandlabdát a víz felszíne alá tolni. A hajó alját a víznyomás (felhajtóerő) felfelé tolja.

amikor egy folyadék egy felülethez nyomódik, a felületre merőleges nettó erő lép fel. Bár a nyomásnak nincs meghatározott iránya, az erőnek van. Az elmerült háromszög alakú tömbben sok irányból víz kényszerül az egyes pontokra, de az erőnek a felületre nem merőleges összetevői kioltják egymást, így csak egy nettó merőleges pont marad. Ez az oka annak, hogy a vödörben lévő lyukból kifolyó víz kezdetben kilép a vödörből a vödör felületéhez merőlegesen, amelyben a lyuk található. Ezután a gravitáció miatt lefelé görbül. Ha egy vödörben három lyuk van (felső, alsó és középső), akkor a tartály belső felületére merőleges erővektorok a mélység növekedésével növekednek – vagyis az alján lévő nagyobb nyomás miatt az alsó lyuk a legtávolabbi vizet lövi ki. A folyadék által a sima felületre kifejtett erő mindig derékszögben van a felülettel. A folyadék sebessége a lyukból 2 g h {\displaystyle \ scriptstyle {\sqrt {2gh}}}

, ahol h a szabad felület alatti mélység. Ez ugyanaz a sebesség a víz (vagy bármi más) volna, ha szabadon esik az azonos függőleges távolság h.

kinematikus nyomásszerkesztés

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

a kinematikus nyomás, ahol p {\displaystyle p}

a nyomás és 0 {\displaystyle \ rho _{0}}

állandó tömegsűrűség. A P SI egysége m2 / s2. A Navier–Stokes-egyenlet kiszámításához a kinematikus nyomást ugyanúgy kell használni, mint a kinematikus viszkozitást, a sűrűség kifejezett feltüntetése nélkül, mint a \{\displaystyle\nu }

– et, a \ 0 {\displaystyle \ rho _{0}}

. Navier–Stokes egyenlet kinematikai mennyiségek ∂ u ∂ t + ( u ∇ ) u = − ∇ P + ν a pillanatnyi ∇ u 2 . {\displaystyle {\frac {\részleges u} {\részleges t}}+(u \ nabla) u=- \ nabla P+ \ nu \ nabla ^{2}u.}