Trykk

Væsketrykkrediger

Væsketrykk er oftest trykkspenningen på et tidspunkt i en væske. (Begrepet væske refererer til både væsker og gasser – for mer informasjon spesifikt om væsketrykk, se avsnittet nedenfor.)

Væsketrykk oppstår i en av to situasjoner:

1. en åpen tilstand, kalt “åpen kanalstrøm”, for eksempel havet, et svømmebasseng eller atmosfæren.
2. en lukket tilstand, kalt “lukket kanal”, f. eks. en vannledning eller gassledning.

Trykk i åpne forhold kan vanligvis tilnærmes som trykket i “statiske” eller ikke-bevegelige forhold (selv i havet der det er bølger og strømmer), fordi bevegelsene bare skaper ubetydelige endringer i trykket. Slike forhold er i samsvar med prinsippene for væskestatikk. Trykket på et gitt punkt i en ikke-bevegelig (statisk) væske kalles hydrostatisk trykk.

Lukkede legemer av væske er enten “statiske”, når væsken ikke beveger seg, eller “dynamiske”, når væsken kan bevege seg som i enten et rør eller ved å komprimere et luftgap i en lukket beholder. Trykket i lukkede forhold er i samsvar med prinsippene for væskedynamikk.

begrepene væsketrykk er hovedsakelig tilskrevet funnene Til Blaise Pascal og Daniel Bernoulli. Bernoullis ligning kan brukes i nesten enhver situasjon for å bestemme trykket på et hvilket som helst punkt i en væske. Ligningen gjør noen antagelser om væsken, slik som væsken er ideell og inkompressibel. En ideell væske er et væske der det ikke er friksjon, det er usynlig (null viskositet). Ligningen for alle punkter i et system fylt med en væske med konstant tetthet er

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

hvor:

p, trykk av væsken, γ {\displaystyle {\gamma }}

= pg, tetthet × akselerasjon av tyngdekraften er (volum-) spesifikk vekt av væsken, v, hastigheten til væsken, g, akselerasjon av tyngdekraften, z, høyde, p γ {\displaystyle {\frac {p} {\gamma }}}

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

, hastighetshode.

Applikasjonerrediger

• Hydrauliske bremser
• Artesisk brønn
• Blodtrykk
• Hydraulisk hode
• Plantecelle turgiditet
• Pythagoransk kopp

Eksplosjon eller deflagringstrykkrediger

Eksplosjons-Eller Deflagringstrykk Er Et Resultat av antennelse av eksplosive gasser, tåke, støv – /luftsuspensjoner, i ubegrensede og begrensede rom.

Negativt trykkrediger

mens trykket er, generelt, positiv, det er flere situasjoner der negative trykk kan oppstå:

• når du arbeider i relative (gauge) trykk. For eksempel kan et absolutt trykk på 80 kPa beskrives som et måletrykk på -21 kPa (dvs.21 kPa under et atmosfærisk trykk på 101 kPa). For eksempel er abdominal dekompresjon en obstetrisk prosedyre der negativt måletrykk påføres intermittent til en gravid kvinnes underliv.
• Negativt absolutt trykk er mulig. De er effektivt spenning, og både bulkfaststoffer og bulkvæsker kan settes under negativt absolutt trykk ved å trekke på dem. Mikroskopisk har molekylene i faste stoffer og væsker attraktive interaksjoner som overstyrer den termiske kinetiske energien, slik at noe spenning kan opprettholdes. Termodynamisk er imidlertid et bulkmateriale under negativt trykk i metastabil tilstand, og det er spesielt skjøre når det gjelder væsker der undertrykkstilstanden ligner overoppvarming og er lett utsatt for kavitasjon. I visse situasjoner kan kavitasjonen unngås og negative trykk opprettholdes på ubestemt tid, for eksempel har flytende kvikksølv blitt observert å opprettholde opptil -425 atm i rene glassbeholdere. Negative væsketrykk antas å være involvert i oppstigningen av sap i planter høyere enn 10 m (atmosfærisk trykkhode for vann).
• Casimir-effekten kan skape en liten attraktiv kraft på grunn av interaksjoner med vakuumenergi; denne kraften kalles noen ganger “vakuumtrykk” (ikke å forveksle med det negative måletrykket i et vakuum).
• for ikke-isotrope spenninger i stive legemer, avhengig av hvordan orienteringen av en overflate er valgt, kan den samme fordeling av krefter ha en komponent av positivt trykk langs en overflate normal, med en komponent av negativt trykk som virker langs en annen overflate normal.
  • spenningene i et elektromagnetisk felt er generelt ikke-isotrope, med trykket normalt til et overflateelement (det normale stresset) negativt og positivt for overflateelementer vinkelrett på dette.
• i kosmologi skaper mørk energi en svært liten, men kosmisk signifikant mengde negativt trykk, noe som akselererer utvidelsen av universet.

Stagnasjonstrykkrediger

Stagnasjonstrykk Er trykket en væske utøver når den blir tvunget til å slutte å bevege seg. Følgelig, selv om en væske som beveger seg med høyere hastighet, vil ha et lavere statisk trykk, kan det ha et høyere stagnasjonstrykk når det blir tvunget til å stå stille. Statisk trykk og stagnasjonstrykk er relatert til:

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

hvor

p 0 {\displaystyle p_{0}}

er stagnasjonstrykket, ρ {\displaystyle \rho }

er tettheten, v {\displaystyle v}

er strømningshastigheten, p {\displaystyle p}

er det statiske trykket.

trykket i en flytende væske kan måles ved Hjelp Av Et Pitotrør, eller en av dens variasjoner som En Kiel-sonde eller Kobra-sonde, koblet til et manometer. Avhengig av hvor innløpshullene er plassert på sonden, kan det måle statisk trykk eller stagnasjonstrykk.

Overflatetrykk og overflatestrammingrediger

det er en todimensjonal analog av trykk-den laterale kraften per lengde på en linje vinkelrett på kraften.

Overflatetrykk er betegnet med π:

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

og deler mange lignende egenskaper med tredimensjonalt trykk. Egenskaper av overflatekjemikalier kan undersøkes ved å måle trykk / arealisotermer, som den todimensjonale analogen Av Boyles lov, nA = k, ved konstant temperatur.

Overflatespenning Er et annet eksempel på overflatetrykk, men med et omvendt tegn, fordi ” spenning “er motsatt til”trykk”.

trykk av en ideell gassrediger

i en ideell gass har molekyler ikke volum og virker ikke sammen. I henhold til den ideelle gassloven varierer trykket lineært med temperatur og mengde, og omvendt med volum:

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

hvor:

p er gassens absolutte trykk, n er mengden stoff, T er absolutt temperatur, V er volumet, R er den ideelle gasskonstanten.

Ekte gasser utviser en mer kompleks avhengighet av tilstandsvariablene.

damptrykkrediger

Damptrykk Er trykket til en damp i termodynamisk likevekt med kondenserte faser i et lukket system. Alle væsker og faste stoffer har en tendens til å fordampe i gassform, og alle gasser har en tendens til å kondensere tilbake til deres flytende eller faste form.

det atmosfæriske trykkkokepunktet til en væske (også kjent som det normale kokepunktet) er temperaturen der damptrykket tilsvarer det omgivende atmosfæriske trykket. Med en hvilken som helst inkrementell økning i den temperaturen blir damptrykket tilstrekkelig til å overvinne atmosfærisk trykk og løfte væsken for å danne dampbobler inne i hovedparten av stoffet. Bobledannelse dypere i væsken krever et høyere trykk, og derfor høyere temperatur, fordi væsketrykket øker over atmosfæretrykket når dybden øker.

damptrykket som en enkelt komponent i en blanding bidrar til det totale trykket i systemet kalles delvis damptrykk.

Væsketrykk [rediger / rediger kilde]

når en person svømmer under vann, føles vanntrykket på personens trommehinne. Jo dypere den personen svømmer, jo større press. Trykket følte skyldes vekten av vannet over personen. Som noen svømmer dypere, er det mer vann over personen og derfor større press. Trykket en væske utøver avhenger av dens dybde.

Væsketrykk avhenger også av væskens tetthet. Hvis noen var nedsenket i en væske mer tett enn vann, ville trykket være tilsvarende større. Dermed kan vi si at dybden, tettheten og væsketrykket er direkte proporsjonalt. Trykket på grunn av en væske i flytende kolonner med konstant tetthet eller i en dybde i et stoff er representert ved følgende formel:

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

hvor:

p er væsketrykk, g er tyngdekraften på overflaten av overliggende materiale, ρ er tetthet av væske, h er høyde på væskesøyle eller dybde i et stoff.

En annen måte å si den samme formelen på er følgende:

p = vekttetthet × dybde . {\displaystyle p = {\text{vekttetthet}} \ ganger {\text{dybde}}.}

Derivasjon av denne ligningen

Dette er avledet fra definisjonene av trykk og vekttetthet. Vurdere et område på bunnen av et fartøy av væske. Vekten av væskekolonnen rett over dette området gir trykk. Fra definisjonen vekt tetthet = vekt volum {\displaystyle {\text{vekt tetthet}}={\frac {\text{vekt}} {\text{volum}}}}

vi kan uttrykke denne vekten av væske som

vekt = vekttetthet × volum, {\displaystyle {\text{weight}}={\text{weight density}} \ times {\text{volume}},}

hvor volumet av kolonnen er ganske enkelt området multiplisert med dybden. Da har vi

trykk = kraftområde = vektområde = vekttetthet × volumområde, {\displaystyle {\text{pressure}}={\frac {\text{force}}{\text{area}}}={\frac {\text{weight}}{\text{area}} = {\frac {\text {weight}} {\text {area}} = {\frac}}},}

trykk = vekttetthet × (område × dybde) område . {\displaystyle {\text{pressure}}={\frac {{\text{weight density}} \ times {\text {(area}} \ times {\text{depth)}}} {\text{area}}}.}

Med “området” i telleren og “området” i nevnen som avbryter hverandre, sitter vi igjen med

trykk = vekttetthet × dybde . {\displaystyle {\text{pressure}}={\text{vekttetthet}} \ ganger {\text{depth}}.}

Skrevet med symboler, dette er vår opprinnelige ligning:

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

trykket en væske utøver mot sidene og bunnen av en beholder avhenger av tettheten og dybden av væsken. Hvis atmosfærisk trykk forsømmes, er væsketrykket mot bunnen dobbelt så stort ved to ganger dybden; ved tre ganger dybden er væsketrykket tredoblet; etc. Eller, hvis væsken er to eller tre ganger så tett, er væsketrykket tilsvarende to eller tre ganger så stort for en gitt dybde. Væsker er praktisk talt inkompressible – det vil si at volumet deres nesten ikke kan endres ved trykk(vannvolumet reduseres med bare 50 millioner av sitt opprinnelige volum for hver atmosfærisk trykkøkning). Således, med unntak av små endringer produsert av temperatur, er tettheten av en bestemt væske praktisk talt den samme på alle dybder.

Atmosfærisk trykk trykk på overflaten av en væske må tas i betraktning når man prøver å oppdage det totale trykket som virker på en væske. Det totale trykket av en væske er da pgh pluss atmosfærens trykk. Når dette skillet er viktig, brukes begrepet totaltrykk. Ellers refererer diskusjoner om væsketrykk til trykk uten hensyn til det normalt alltid tilstedeværende atmosfæriske trykket.

trykket er ikke avhengig av mengden væske som er tilstede. Volum er ikke den viktige faktoren-dybden er. Det gjennomsnittlige vanntrykket som virker mot en dam, avhenger av gjennomsnittlig dybde på vannet og ikke på volumet av vann som holdes tilbake. For eksempel utøver en bred, men grunne innsjø med en dybde på 3 m (10 ft) bare halvparten av gjennomsnittstrykket som en liten 6 m (20 ft) dyp dam gjør. (Den totale kraften som påføres den lengre dammen vil være større, på grunn av det større totale overflatearealet for trykket å virke på. Men for en gitt 5 fot (1,5 m) bred del av hver dam, vil 10 ft (3,0 m) dypt vann påføre en fjerdedel av kraften på 20 ft (6,1 m) dypt vann). En person vil føle det samme trykket om hans / hennes hode er dunked en meter under overflaten av vannet i et lite basseng eller til samme dybde i midten av en stor innsjø. Hvis fire vaser inneholder forskjellige mengder vann, men alle er fylt til like dybder, vil en fisk med hodet dunket noen få centimeter under overflaten bli påvirket av vanntrykk som er det samme i noen av vasene. Hvis fisken svømmer noen centimeter dypere, vil trykket på fisken øke med dybde og være det samme uansett hvilken vase fisken er i. Hvis fisken svømmer til bunnen, blir trykket større, men det spiller ingen rolle hvilken vase den er i. Alle vaser er fylt til like dybder, så vanntrykket er det samme på bunnen av hver vase, uavhengig av form eller volum. Hvis vanntrykket i bunnen av en vase var større enn vanntrykket i bunnen av en nærliggende vase, ville det større trykket tvinge vann sidelengs og deretter opp den smalere vasen til et høyere nivå inntil trykket i bunnen ble utlignet. Trykk er dybdeavhengig, ikke volumavhengig, så det er en grunn til at vann søker sitt eget nivå.

Omformulerer dette som energiligning, energien per volumenhet i en ideell, inkompressibel væske er konstant gjennom hele fartøyet. På overflaten er gravitasjonspotensiell energi stor, men væsketrykkenergi er lav. På bunnen av fartøyet omdannes all gravitasjonspotensiell energi til trykkenergi. Summen av trykkenergi og gravitasjonspotensiell energi per volumenhet er konstant gjennom volumet av væsken, og de to energikomponentene endres lineært med dybden. Matematisk er Det beskrevet Av Bernoullis ligning, hvor hastighetshodet er null og sammenligninger per volumenhet i fartøyet er

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

Vilkår har samme betydning som i seksjon Væsketrykk.

Retning av væsketrykkrediger

et eksperimentelt bestemt faktum om væsketrykk er at det utøves like i alle retninger. Hvis noen er nedsenket i vann, uansett hvilken vei personen vipper hodet, vil personen føle samme mengde vanntrykk på ørene. Fordi en væske kan strømme, er dette trykket ikke bare nedover. Trykk er sett opptrer sidelengs når vann spruter sidelengs fra en lekkasje i siden av en oppreist boks. Trykket virker også oppover, som vist når noen prøver å presse en badeball under overflaten av vannet. Bunnen av en båt skyves oppover av vanntrykk (oppdrift).

når en væske presser mot en overflate, er det en netto kraft som er vinkelrett på overflaten. Selv om trykk ikke har en bestemt retning, gjør kraft. En neddykket trekantet blokk har vann tvunget mot hvert punkt fra mange retninger, men komponenter av kraften som ikke er vinkelrett på overflaten avbryte hverandre ut, slik at bare en netto vinkelrett punkt. Dette er grunnen til at vann som spruter fra et hull i en bøtte, først går ut av bøtte i en retning vinkelrett på overflaten av bøtte der hullet er plassert. Deretter svinger den nedover på grunn av tyngdekraften. Hvis det er tre hull i en bøtte (topp, bunn og midt), vil kraftvektorene vinkelrett på den indre beholderoverflaten øke med økende dybde – det vil si et større trykk i bunnen gjør det slik at bunnhullet skyter vann ut lengst. Kraften som utøves av en væske på en jevn overflate er alltid vinkelrett på overflaten. Hastigheten av væske ut av hullet er 2 g h {\displaystyle \ scriptstyle {\sqrt {2gh}}}

, hvor h er dybden under den frie overflaten. Dette er den samme hastigheten vannet (eller noe annet) ville ha hvis det fritt faller samme vertikale avstand h.

Kinematisk trykkrediger

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

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

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

konstant massetetthet. Si-enheten Til P er m2 / s2. Kinematisk trykk brukes på samme måte som kinematisk viskositet ν {\displaystyle \nu }

for å beregne Navier-Stokes-ligningen uten eksplisitt å vise tettheten ρ 0 {\displaystyle \ rho _{0}}

. Navier-Stokes-ligning med kinematiske mengder ∂ u ∂ t + (u ∇ ) u = – ∇ P + ν ∇ 2 u . {\displaystyle {\frac{\partial u} {\partial t}}+(u\nabla )u=-\nabla P+\nabla ^{2}u.}