Pressione

Pressione del fluidomodifica

La pressione del fluido è più spesso la pressione di compressione ad un certo punto all’interno di un fluido. (Il termine fluido si riferisce sia ai liquidi che ai gas – per ulteriori informazioni in particolare sulla pressione del liquido, vedere la sezione seguente.)

la pressione del Fluido, si verifica in una delle due situazioni:

1. Una condizione aperta, chiamato “portata in canale aperto”, ad esempio, l’oceano, una piscina, o l’atmosfera.
2. Una condizione chiusa, chiamata “condotto chiuso”, ad esempio una linea d’acqua o una linea del gas.

La pressione in condizioni aperte di solito può essere approssimata come la pressione in condizioni “statiche” o non in movimento (anche nell’oceano dove ci sono onde e correnti), perché i movimenti creano solo cambiamenti trascurabili nella pressione. Tali condizioni sono conformi ai principi della statica dei fluidi. La pressione in un dato punto di un fluido (statico) non in movimento è chiamata pressione idrostatica.

I corpi chiusi del fluido sono “statici”, quando il fluido non si muove, o “dinamici”, quando il fluido può muoversi come in un tubo o comprimendo un traferro in un contenitore chiuso. La pressione in condizioni chiuse è conforme ai principi della fluidodinamica.

I concetti di pressione del fluido sono prevalentemente attribuiti alle scoperte di Blaise Pascal e Daniel Bernoulli. L’equazione di Bernoulli può essere utilizzata in quasi tutte le situazioni per determinare la pressione in qualsiasi punto di un fluido. L’equazione fa alcune ipotesi sul fluido, come il fluido che è ideale e incomprimibile. Un fluido ideale è un fluido in cui non c’è attrito, è inviscido (viscosità zero). L’equazione per tutti i punti di un sistema è riempito con una costante di densità del fluido è

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

dove:

p, la pressione del fluido, γ {\displaystyle {\gamma }}

= pg, densità × accelerazione di gravità è il (volume) peso specifico del fluido, v, velocità del fluido, g, accelerazione di gravità, z, elevazione, p γ {\displaystyle {\frac {p}{\gamma }}}

, testa di pressione, v 2 2 g {\displaystyle {\frac {v^{2}}{2g}}}

, testa di velocità.

ApplicationsEdit

freni Idraulici

pozzo Artesiano

pressione Arteriosa

testa Idraulica

delle cellule Vegetali, turgore

Pitagorica cup

Esplosione o di esplosione, pressuresEdit

Esplosione o di esplosione, le pressioni sono il risultato dell’accensione del gas esplosivi, nebbie, polveri/sospensioni ad aria, in confinati e in spazi ristretti.

Negativo pressuresEdit

Mentre le pressioni sono, in generale, positivo, ci sono diverse situazioni in cui pressioni negative possono essere riscontrati:

• Quando si tratta di relativa (gauge) pressioni. Ad esempio, una pressione assoluta di 80 kPa può essere descritta come una pressione del calibro di -21 kPa (cioè, 21 kPa al di sotto di una pressione atmosferica di 101 kPa). Ad esempio, la decompressione addominale è una procedura ostetrica durante la quale la pressione negativa viene applicata in modo intermittente all’addome di una donna incinta.
• Sono possibili pressioni assolute negative. Essi sono efficacemente tensione, e sia solidi sfusi e liquidi sfusi possono essere messi sotto pressione assoluta negativa tirando su di loro. Microscopicamente, le molecole nei solidi e nei liquidi hanno interazioni attraenti che sopraffanno l’energia cinetica termica, quindi una certa tensione può essere sostenuta. Termodinamicamente, tuttavia, un materiale sfuso sotto pressione negativa è in uno stato metastabile, ed è particolarmente fragile nel caso di liquidi in cui lo stato di pressione negativa è simile al surriscaldamento ed è facilmente suscettibile alla cavitazione. In determinate situazioni, la cavitazione può essere evitata e le pressioni negative sostenute indefinitamente, per esempio, il mercurio liquido è stato osservato per sostenere fino a -425 atm in contenitori di vetro puliti. Si ritiene che le pressioni negative del liquido siano coinvolte nella risalita della linfa nelle piante più alte di 10 m (la pressione atmosferica dell’acqua).
• L’effetto Casimir può creare una piccola forza attrattiva dovuta alle interazioni con l’energia del vuoto; questa forza è talvolta definita “pressione del vuoto” (da non confondere con la pressione negativa del vuoto).
• Per tensioni non isotropiche in corpi rigidi, a seconda di come viene scelto l’orientamento di una superficie, la stessa distribuzione delle forze può avere una componente di pressione positiva lungo una superficie normale, con una componente di pressione negativa che agisce lungo un’altra superficie normale.
  • Le sollecitazioni in un campo elettromagnetico sono generalmente non isotropiche, con la pressione normale a un elemento di superficie (lo stress normale) negativa e positiva per gli elementi di superficie perpendicolari a questo.
• In cosmologia, l’energia oscura crea una quantità molto piccola ma cosmicamente significativa di pressione negativa, che accelera l’espansione dell’universo.

Pressione di stagnazioneedit

La pressione di ristagno è la pressione che un fluido esercita quando è costretto a smettere di muoversi. Di conseguenza, sebbene un fluido che si muove a velocità più elevate abbia una pressione statica inferiore, può avere una pressione di ristagno più elevata quando è costretto a un arresto. La pressione statica e la pressione di ristagno sono correlate da:

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

dove

p 0 {\displaystyle p{0}}

è il ristagno di pressione, ρ {\displaystyle \rho }

è la densità, v {\displaystyle v}

è la velocità del flusso, p {\displaystyle p}

è la pressione statica.

La pressione di un fluido in movimento può essere misurata utilizzando un tubo di Pitot, o una delle sue variazioni come una sonda Kiel o una sonda Cobra, collegata a un manometro. A seconda di dove si trovano i fori di ingresso sulla sonda, può misurare pressioni statiche o pressioni di ristagno.

Pressione superficiale e tensionemodifica

Esiste un analogo bidimensionale della pressione: la forza laterale per unità di lunghezza applicata su una linea perpendicolare alla forza.

La pressione superficiale è indicata da π:

π = F l {\displaystyle \ pi ={\frac {F} {l}}}

e condivide molte proprietà simili con pressione tridimensionale. Le proprietà delle sostanze chimiche superficiali possono essere studiate misurando isoterme di pressione / area, come l’analogo bidimensionale della legge di Boyle, nA = k, a temperatura costante.

La tensione superficiale è un altro esempio di pressione superficiale, ma con un segno invertito, perché “tensione” è l’opposto di “pressione”.

Pressione di un gas idealeedit

In un gas ideale, le molecole non hanno volume e non interagiscono. Secondo la legge del gas ideale, la pressione varia linearmente con la temperatura e la quantità e inversamente con il volume:

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

dove:

p è la pressione assoluta del gas, n è la quantità di sostanza, T è la temperatura assoluta, V è il volume, R è la costante di un gas ideale.

I gas reali presentano una dipendenza più complessa dalle variabili di stato.

Pressione di vaporemodifica

La pressione di vapore è la pressione di un vapore in equilibrio termodinamico con le sue fasi condensate in un sistema chiuso. Tutti i liquidi e solidi hanno la tendenza ad evaporare in una forma gassosa, e tutti i gas hanno la tendenza a condensare di nuovo alla loro forma liquida o solida.

Il punto di ebollizione a pressione atmosferica di un liquido (noto anche come punto di ebollizione normale) è la temperatura alla quale la pressione di vapore è uguale alla pressione atmosferica ambiente. Con qualsiasi aumento incrementale di tale temperatura, la pressione di vapore diventa sufficiente per superare la pressione atmosferica e sollevare il liquido per formare bolle di vapore all’interno della massa della sostanza. La formazione di bolle più in profondità nel liquido richiede una pressione più elevata e quindi una temperatura più elevata, poiché la pressione del fluido aumenta al di sopra della pressione atmosferica all’aumentare della profondità.

La pressione di vapore che un singolo componente in una miscela contribuisce alla pressione totale nel sistema è chiamata pressione di vapore parziale.

Pressione liquidamodifica

Quando una persona nuota sott’acqua, si avverte la pressione dell’acqua che agisce sui timpani della persona. Più profonda è la persona che nuota, maggiore è la pressione. La pressione percepita è dovuta al peso dell’acqua sopra la persona. Mentre qualcuno nuota più in profondità, c’è più acqua sopra la persona e quindi una maggiore pressione. La pressione esercitata da un liquido dipende dalla sua profondità.

La pressione del liquido dipende anche dalla densità del liquido. Se qualcuno fosse immerso in un liquido più denso dell’acqua, la pressione sarebbe corrispondentemente maggiore. Quindi, possiamo dire che la profondità, la densità e la pressione del liquido sono direttamente proporzionate. La pressione di un liquido in un liquido colonne di densità costante o a una profondità all’interno di una sostanza è rappresentata dalla seguente formula:

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

dove:

p è la pressione del liquido, g è la gravità alla superficie di sovrapposizione di strati di materiale, r è la densità del liquido, h è l’altezza della colonna di liquido o di profondità all’interno di una sostanza.

Un altro modo di dire la stessa formula è il seguente:

p = peso densità × profondità . {\displaystyle p={\text {weight density}} \ times {\text {depth}}.}

Derivazione di questa equazione

Ciò deriva dalle definizioni di pressione e densità di peso. Considera un’area sul fondo di una nave di liquido. Il peso della colonna di liquido direttamente sopra quest’area produce pressione. Dalla definizione peso = peso di volume {\displaystyle {\text{peso}}={\frac {\text{peso}}{\text{volume}}}}

possiamo esprimere questo peso di liquido, come

peso = peso densità × volume , {\displaystyle {\text{peso}}={\text{peso}}\times {\text{volume}},}

dove il volume della colonna è semplicemente l’area moltiplicata per la profondità. Poi abbiamo

pressione = forza di zona = peso area = peso densità × area di volume , {\displaystyle {\text{pressione}}={\frac {\text{vigore}}{\text{area}}}={\frac {\text{peso}}{\text{area}}}={\frac {{\text{peso}}\times {\text{volume}}}{\text{area}}},}

pressione = peso densità × (zona × profondità) zona . {\displaystyle {\text {pressure}}={\frac {{\text{weight density}}\times {\text{(area}}\times {\text{depth)}}} {\text{area}}}.}

Con l ‘” area “nel numeratore e l ‘”area” nel denominatore che si annullano a vicenda, ci rimane

pressione = densità di peso × profondità . {\displaystyle {\text {pressure}}={\text{weight density}}\times {\text{depth}}.}

Scritta con simboli, questa è la nostra equazione originale:

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

La pressione esercitata da un liquido sui lati e sul fondo di un contenitore dipende dalla densità e dalla profondità del liquido. Se la pressione atmosferica viene trascurata, la pressione del liquido contro il fondo è due volte più grande a due volte la profondità; a tre volte la profondità, la pressione del liquido è triplice; ecc. Oppure, se il liquido è due o tre volte più denso, la pressione del liquido è corrispondentemente due o tre volte più grande per una determinata profondità. I liquidi sono praticamente incomprimibili, cioè il loro volume difficilmente può essere modificato dalla pressione (il volume dell’acqua diminuisce di soli 50 milionesimi del suo volume originale per ogni aumento atmosferico della pressione). Pertanto, ad eccezione dei piccoli cambiamenti prodotti dalla temperatura, la densità di un particolare liquido è praticamente la stessa a tutte le profondità.

Pressione atmosferica la pressione sulla superficie di un liquido deve essere presa in considerazione quando si cerca di scoprire la pressione totale che agisce su un liquido. La pressione totale di un liquido, quindi, è pgh più la pressione dell’atmosfera. Quando questa distinzione è importante, viene utilizzato il termine pressione totale. Altrimenti, le discussioni sulla pressione del liquido si riferiscono alla pressione indipendentemente dalla pressione atmosferica normalmente sempre presente.

La pressione non dipende dalla quantità di liquido presente. Il volume non è il fattore importante-la profondità è. La pressione media dell’acqua che agisce contro una diga dipende dalla profondità media dell’acqua e non dal volume di acqua trattenuta. Ad esempio, un lago largo ma poco profondo con una profondità di 3 m (10 ft) esercita solo la metà della pressione media che un piccolo stagno profondo 6 m (20 ft) fa. (La forza totale applicata alla diga più lunga sarà maggiore, a causa della maggiore superficie totale per la pressione su cui agire. Ma per una determinata sezione di 5 piedi (1,5 m) di ogni diga, l’acqua profonda di 10 piedi (3,0 m) applicherà un quarto della forza dell’acqua profonda di 20 piedi (6,1 m). Una persona sentirà la stessa pressione se la sua testa è inzuppata un metro sotto la superficie dell’acqua in una piccola piscina o alla stessa profondità nel mezzo di un grande lago. Se quattro vasi contengono diverse quantità di acqua, ma sono tutti riempiti a profondità uguali, poi un pesce con la testa inzuppata pochi centimetri sotto la superficie sarà agito da pressione dell’acqua che è la stessa in uno qualsiasi dei vasi. Se il pesce nuota qualche centimetro più in profondità, la pressione sul pesce aumenterà con la profondità e sarà la stessa indipendentemente dal vaso in cui si trova il pesce. Se il pesce nuota verso il basso, la pressione sarà maggiore, ma non fa differenza in quale vaso si trova. Tutti i vasi sono riempiti a profondità uguali, quindi la pressione dell’acqua è la stessa nella parte inferiore di ogni vaso, indipendentemente dalla sua forma o volume. Se la pressione dell’acqua nella parte inferiore di un vaso fosse maggiore della pressione dell’acqua nella parte inferiore di un vaso vicino, la pressione maggiore costringerebbe l’acqua lateralmente e poi il vaso più stretto ad un livello più alto fino a quando le pressioni nella parte inferiore sono state equalizzate. La pressione dipende dalla profondità, non dal volume, quindi c’è una ragione per cui l’acqua cerca il proprio livello.

Ribadendo questa equazione come energia, l’energia per unità di volume in un liquido ideale e incomprimibile è costante in tutta la sua nave. In superficie, l’energia potenziale gravitazionale è grande ma l’energia della pressione liquida è bassa. Nella parte inferiore della nave, tutta l’energia potenziale gravitazionale viene convertita in energia di pressione. La somma dell’energia di pressione e dell’energia potenziale gravitazionale per unità di volume è costante in tutto il volume del fluido e le due componenti energetiche cambiano linearmente con la profondità. Matematicamente, è descritto dall’equazione di Bernoulli, dove la testa di velocità è zero e i confronti per unità di volume nella nave sono

p γ + z = c o n s t . Per maggiori informazioni clicca qui . Il nostro sito utilizza cookie tecnici e di terze parti per migliorare la tua esperienza di navigazione .}

I termini hanno lo stesso significato della sezione Pressione del fluido.

Direzione della pressione del liquidomodifica

Un fatto determinato sperimentalmente sulla pressione del liquido è che viene esercitato ugualmente in tutte le direzioni. Se qualcuno è immerso in acqua, non importa in che modo quella persona inclina la testa, la persona sentirà la stessa quantità di pressione dell’acqua sulle sue orecchie. Poiché un liquido può fluire, questa pressione non è solo verso il basso. La pressione è visto agire lateralmente quando l’acqua sgorga lateralmente da una perdita nel lato di una lattina verticale. La pressione agisce anche verso l’alto, come dimostrato quando qualcuno cerca di spingere un pallone da spiaggia sotto la superficie dell’acqua. Il fondo di una barca è spinto verso l’alto dalla pressione dell’acqua (galleggiabilità).

Quando un liquido preme contro una superficie, c’è una forza netta perpendicolare alla superficie. Sebbene la pressione non abbia una direzione specifica, la forza lo fa. Un blocco triangolare sommerso ha acqua forzata contro ogni punto da molte direzioni, ma i componenti della forza che non sono perpendicolari alla superficie si annullano a vicenda, lasciando solo un punto perpendicolare netto. Questo è il motivo per cui l’acqua che sgorga da un foro in un secchio esce inizialmente dal secchio in una direzione ad angolo retto rispetto alla superficie del secchio in cui si trova il foro. Poi si curva verso il basso a causa della gravità. Se ci sono tre fori in un secchio (superiore, inferiore e centrale), i vettori di forza perpendicolari alla superficie interna del contenitore aumenteranno con l’aumentare della profondità, cioè una maggiore pressione sul fondo fa in modo che il foro inferiore spari l’acqua più lontano. La forza esercitata da un fluido su una superficie liscia è sempre ad angolo retto rispetto alla superficie. La velocità del liquido fuori dal foro è 2 g h {\displaystyle \ scriptstyle {\sqrt {2gh}}}

, dove h è la profondità sotto la superficie libera. Questa è la stessa velocità che l’acqua (o qualsiasi altra cosa) avrebbe se cadesse liberamente alla stessa distanza verticale h.

Cinematica pressureEdit

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

è la cinematica di pressione, dove p {\displaystyle p}

è la pressione e ρ 0 {\displaystyle \rho _{0}}

costante la densità di massa. L’unità SI di P è m2 / s2. La pressione cinematica viene utilizzata allo stesso modo della viscosità cinematica ν {\displaystyle\nu }

per calcolare l’equazione di Navier–Stokes senza mostrare esplicitamente la densità ρ 0 {\displaystyle \ rho _{0}}

. Equazione di Navier-Stokes con grandezze cinematiche u u t t + (u u ) u = − P P + ν 2 2 u . {\displaystyle {\frac {\partial u}{\partial t}}+(u\nabla )u=-\nabla P+\nu \nabla ^{2}u.}