Presiunea

presiunea fluidului

presiunea fluidului este cel mai adesea stresul de compresiune la un moment dat într-un fluid. (Termenul fluid se referă atât la lichide, cât și la gaze – pentru mai multe informații în mod specific despre presiunea lichidului, consultați secțiunea de mai jos.)

presiunea fluidului are loc într – una din cele două situații:

1. o stare deschisă, numită “flux de canal deschis”, de exemplu, Oceanul, o piscină sau atmosfera.
2. o stare închisă, numită “conductă închisă”, de exemplu o linie de apă sau o linie de gaz.

presiunea în condiții deschise poate fi de obicei aproximată ca presiunea în condiții “statice” sau care nu se mișcă (chiar și în ocean unde există valuri și curenți), deoarece mișcările creează doar modificări neglijabile ale presiunii. Astfel de condiții sunt conforme cu principiile staticii fluide. Presiunea în orice punct dat al unui fluid care nu se mișcă (static) se numește presiune hidrostatică.

corpurile închise de fluid sunt fie “statice”, atunci când fluidul nu se mișcă, fie “dinamice”, atunci când fluidul se poate mișca fie ca într-o conductă, fie prin comprimarea unui spațiu de aer într-un recipient închis. Presiunea în condiții închise este conformă cu principiile dinamicii fluidelor.

conceptele de presiune a fluidului sunt atribuite în principal descoperirilor lui Blaise Pascal și Daniel Bernoulli. Ecuația lui Bernoulli poate fi utilizată în aproape orice situație pentru a determina presiunea în orice punct al unui fluid. Ecuația face unele presupuneri despre fluid, cum ar fi fluidul fiind ideal și incompresibil. Un fluid ideal este un fluid în care nu există frecare, este inviscid (vâscozitate zero). Ecuația pentru toate punctele unui sistem umplut cu un fluid cu densitate constantă este

p + v 2 2 G + z = c O N s t , {\displaystyle {\frac {p}{\gamma }}+{\frac {v^{2}}{2G}} + z = \ mathrm {const} ,}

unde:

p, presiunea fluidului, {\displaystyle {\gamma }}

= PG, densitate accelerația gravitației este greutatea specifică (volum-) a fluidului, v, viteza fluidului, g, accelerația gravitației, z, elevație, p {\displaystyle {\frac {p} {\gamma }}}

, cap de presiune, v 2 2 g {\displaystyle {\frac {v^{2}}{2g}}}

, cap de viteză.

ApplicationsEdit

• frâne hidraulice
• fântână arteziană
• tensiunea arterială
• cap hidraulic
• turgescența celulelor vegetale
• Cupa pitagoreică

explozie sau presiunile de deflagrație

Presiunile de explozie sau deflagrație sunt rezultatul aprinderii gazelor explozive, a ceții, a suspensiilor de praf/aer, în spații neconfigurate și închise.

presiuni Negative

în timp ce presiunile sunt, în general, pozitive, există mai multe situații în care pot fi întâlnite presiuni negative:

• atunci când se ocupă de presiuni relative (ecartament). De exemplu, o presiune absolută de 80 kPa poate fi descrisă ca o presiune a manometrului de -21 kPa (adică 21 kPa sub o presiune atmosferică de 101 kPa). De exemplu, decompresia abdominală este o procedură obstetrică în timpul căreia presiunea manometrică negativă este aplicată intermitent pe abdomenul unei femei însărcinate.
• sunt posibile presiuni absolute negative. Ele sunt în mod eficient tensiune, și atât solide în vrac și lichide în vrac pot fi puse sub presiune absolută negativă prin tragerea pe ele. Microscopic, moleculele din solide și lichide au interacțiuni atractive care depășesc energia cinetică termică, astfel încât o anumită tensiune poate fi susținută. Cu toate acestea, termodinamic, un material în vrac sub presiune negativă se află într-o stare metastabilă și este deosebit de fragil în cazul lichidelor în care starea de presiune negativă este similară supraîncălzirii și este ușor susceptibilă la cavitație. În anumite situații, cavitația poate fi evitată și presiunile negative susținute la nesfârșit, de exemplu, s-a observat că mercurul lichid susține până la -425 atm în recipiente de sticlă curate. Se crede că presiunile lichide Negative sunt implicate în ascensiunea sevei la plantele mai înalte de 10 m (capul de presiune atmosferică al apei).
• efectul Casimir poate crea o forță atractivă mică datorită interacțiunilor cu energia vidului; această forță este uneori denumită “presiune de vid” (nu trebuie confundată cu presiunea manometrică negativă a unui vid).
• pentru solicitări non-izotrope în corpuri rigide, în funcție de modul în care este aleasă orientarea unei suprafețe, aceeași distribuție a forțelor poate avea o componentă a presiunii pozitive de-a lungul unei suprafețe normale, cu o componentă a presiunii negative care acționează de-a lungul unei alte suprafețe normale.
  • tensiunile într-un câmp electromagnetic sunt în general neizotrope, presiunea normală la un element de suprafață (tensiunea normală) fiind negativă și pozitivă pentru elementele de suprafață perpendiculare pe aceasta.
• în cosmologie, energia întunecată creează o cantitate foarte mică, dar semnificativă din punct de vedere cosmic, de presiune negativă, care accelerează expansiunea universului.

presiune de stagnare

presiunea de stagnare este presiunea pe care un fluid o exercită atunci când este forțat să se oprească din mișcare. În consecință, deși un fluid care se deplasează la viteză mai mare va avea o presiune statică mai mică, poate avea o presiune de stagnare mai mare atunci când este forțat să se oprească. Presiunea statică și presiunea de stagnare sunt legate de:

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

unde

p 0 {\displaystyle p_{0}}

este presiunea de stagnare, {\displaystyle \rho}

este densitatea, v {\displaystyle v}

este viteza de curgere, p {\displaystyle p}

este presiunea statică.

presiunea unui fluid în mișcare poate fi măsurată folosind un tub Pitot sau una dintre variațiile sale, cum ar fi o sondă Kiel sau o sondă Cobra, conectată la un manometru. În funcție de locul în care sunt amplasate orificiile de admisie pe sondă, aceasta poate măsura presiunile statice sau presiunile de stagnare.

presiunea de suprafață și tensiunea de suprafațăedit

există un analog bidimensional al presiunii-forța laterală pe unitate de lungime aplicată pe o linie perpendiculară pe forță.

presiunea de suprafață este notată cu:

XV = f l {\displaystyle \ pi = {\frac {F}{l}}}

și împărtășește multe proprietăți similare cu presiunea tridimensională. Proprietățile substanțelor chimice de suprafață pot fi investigate prin măsurarea izotermelor de presiune/zonă, ca analog bidimensional al legii lui Boyle, nA = k, la temperatură constantă.

tensiunea superficială este un alt exemplu de presiune de suprafață, dar cu un semn inversat, deoarece “tensiunea” este opusul “presiunii”.

presiunea unui gaz idealedit

într-un gaz ideal, moleculele nu au volum și nu interacționează. Conform legii gazului ideal, presiunea variază liniar cu temperatura și cantitatea și invers cu volumul:

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

unde:

p este presiunea absolută a gazului, n este cantitatea de substanță, T este temperatura absolută, V este volumul, R este constanta ideală a gazului.

gazele reale prezintă o dependență mai complexă de variabilele de stare.

presiunea vaporilor

presiunea vaporilor este presiunea unui vapor în echilibru termodinamic cu fazele sale condensate într-un sistem închis. Toate lichidele și solidele au tendința de a se evapora într-o formă gazoasă și toate gazele au tendința de a se condensa înapoi la forma lor lichidă sau solidă.

punctul de fierbere sub presiune atmosferică al unui lichid (cunoscut și sub numele de punct de fierbere normal) este temperatura la care presiunea vaporilor este egală cu presiunea atmosferică ambientală. Cu orice creștere incrementală a temperaturii respective, presiunea vaporilor devine suficientă pentru a depăși presiunea atmosferică și a ridica lichidul pentru a forma bule de vapori în interiorul celei mai mari părți a substanței. Formarea bulelor mai adânc în lichid necesită o presiune mai mare și, prin urmare, o temperatură mai mare, deoarece presiunea fluidului crește peste presiunea atmosferică pe măsură ce adâncimea crește.

presiunea de vapori pe care o singură componentă dintr-un amestec o contribuie la presiunea totală din sistem se numește presiune parțială a vaporilor.

presiune Lichidăedit

când o persoană înoată sub apă, presiunea apei se simte acționând asupra timpanelor persoanei. Cu cât acea persoană înoată mai adânc, cu atât este mai mare presiunea. Presiunea simțită se datorează greutății apei deasupra persoanei. Pe măsură ce cineva înoată mai adânc, există mai multă apă deasupra persoanei și, prin urmare, o presiune mai mare. Presiunea pe care o exercită un lichid depinde de adâncimea sa.

presiunea lichidului depinde și de densitatea lichidului. Dacă cineva ar fi scufundat într-un lichid mai dens decât apa, presiunea ar fi în mod corespunzător mai mare. Astfel, putem spune că adâncimea, densitatea și presiunea lichidului sunt direct proporționale. Presiunea datorată unui lichid în coloane de lichid cu densitate constantă sau la o adâncime în interiorul unei substanțe este reprezentată de următoarea formulă:

p = hectolix g h, {\displaystyle p = \ rho Gh,}

unde:

p este presiunea lichidului, g este gravitația la suprafața materialului suprapus, XV este densitatea lichidului, h este înălțimea coloanei de lichid sau adâncimea dintr-o substanță.

un alt mod de a spune aceeași formulă este următoarea:

p = densitate de greutate adâncime. {\displaystyle p = {\text {densitate greutate}} \ori {\text {adâncime}}.}

derivarea acestei ecuații

aceasta este derivată din definițiile presiunii și densității greutății. Luați în considerare o zonă din partea de jos a unui vas de lichid. Greutatea coloanei de lichid direct deasupra acestei zone produce presiune. Din definiție greutate densitate = greutate volum {\displaystyle {\text {greutate densitate}} = {\frac {\text{greutate}} {\text{volum}}}}

putem exprima această greutate a lichidului ca

weight = greutate densitate volum, {\displaystyle {\text {weight}} = {\text {weight density}} \ times {\text{volume}},}

unde volumul coloanei este pur și simplu zona înmulțită cu adâncimea. Apoi avem

presiune = suprafață de forță = suprafață de greutate = densitate de greutate suprafață de volum, {\displaystyle {\text {presiune}} = {\frac {\text{forță}} {\text {zonă}}} = {\frac {\text {greutate}} {\text{zonă}}} = {\frac {{\text {densitate de greutate}} \ ori {\text{volum}}} {\text{zonă}}},}

presiune = densitate de greutate (suprafață) suprafață (suprafață). {\displaystyle {\text {presiune}}={\frac {{\text {densitate greutate}} \ ori {\text {(zonă}} \ ori {\text{adâncime)}}} {\text{zonă}}}.}

cu “zona “din numărător și” zona ” din numitor anulându-se reciproc, rămânem cu

presiune = densitate de greutate adâncime . {\displaystyle {\text {presiune}}={\text {densitate greutate}} \ ori {\text{adâncime}}.}

scris cu simboluri, aceasta este ecuația noastră originală:

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

presiunea pe care un lichid o exercită asupra părților laterale și a fundului unui recipient depinde de densitatea și adâncimea lichidului. Dacă presiunea atmosferică este neglijată, presiunea lichidului împotriva fundului este de două ori mai mare la de două ori adâncimea; la de trei ori adâncimea, presiunea lichidului este de trei ori; etc. Sau, dacă lichidul este de două sau trei ori mai dens, presiunea lichidului este în mod corespunzător de două sau trei ori mai mare pentru orice adâncime dată. Lichidele sunt practic incompresibile-adică volumul lor poate fi greu modificat prin presiune (volumul apei scade cu doar 50 de milioane din volumul său inițial pentru fiecare creștere atmosferică a presiunii). Astfel, cu excepția modificărilor mici produse de temperatură, densitatea unui anumit lichid este practic aceeași la toate adâncimile.

Presiunea atmosferică apăsarea pe suprafața unui lichid trebuie luată în considerare atunci când se încearcă descoperirea presiunii totale care acționează asupra unui lichid. Presiunea totală a unui lichid, atunci, este pgh plus presiunea atmosferei. Când această distincție este importantă, se folosește termenul presiune totală. În caz contrar, discuțiile despre presiunea lichidului se referă la presiune fără a ține cont de presiunea atmosferică în mod normal prezentă.

presiunea nu depinde de cantitatea de lichid prezentă. Volumul nu este factorul important-adâncimea este. Presiunea medie a apei care acționează împotriva unui baraj depinde de adâncimea medie a apei și nu de volumul de apă reținut. De exemplu, un lac larg, dar puțin adânc, cu o adâncime de 3 m (10 ft) exercită doar jumătate din presiunea medie pe care o face un mic iaz adânc de 6 m (20 ft). (Forța totală aplicată barajului mai lung va fi mai mare, datorită suprafeței totale mai mari pentru ca presiunea să acționeze. Dar pentru o secțiune dată de 5 picioare (1,5 m) lățime a fiecărui baraj, apa adâncă de 10 ft (3,0 m) va aplica un sfert din forța apei adânci de 20 ft (6,1 m)). O persoană va simți aceeași presiune dacă capul său este scufundat la un metru sub suprafața apei într-o piscină mică sau la aceeași adâncime în mijlocul unui lac mare. Dacă patru vase conțin cantități diferite de apă, dar toate sunt umplute la adâncimi egale, atunci un pește cu capul scufundat la câțiva centimetri sub suprafață va fi acționat de presiunea apei care este aceeași în oricare dintre vase. Dacă peștele înoată cu câțiva centimetri mai adânc, presiunea asupra peștilor va crește odată cu adâncimea și va fi aceeași, indiferent în ce vază se află peștele. Dacă peștele înoată până la fund, presiunea va fi mai mare, dar nu contează în ce vază se află. Toate vasele sunt umplute la adâncimi egale, astfel încât presiunea apei este aceeași în partea de jos a fiecărei vaze, indiferent de forma sau volumul acesteia. Dacă presiunea apei din partea de jos a unei vaze ar fi mai mare decât presiunea apei din partea de jos a unei vaze vecine, presiunea mai mare ar forța apa în lateral și apoi în sus vaza mai îngustă la un nivel mai ridicat până când presiunile din partea de Jos au fost egalizate. Presiunea depinde de adâncime, nu de volum, deci există un motiv pentru care apa își caută propriul nivel.

reafirmând acest lucru ca ecuație energetică, energia pe unitate de volum într-un lichid ideal, incompresibil, este constantă pe tot vasul său. La suprafață, energia potențială gravitațională este mare, dar energia presiunii lichide este scăzută. În partea de jos a vasului, toată energia potențială gravitațională este transformată în energie sub presiune. Suma energiei de presiune și a energiei potențiale gravitaționale pe unitatea de volum este constantă pe tot volumul fluidului și cele două componente energetice se schimbă liniar cu adâncimea. Matematic, este descris de ecuația lui Bernoulli, unde capul de viteză este zero și comparațiile pe unitatea de volum în vas sunt

p . {\displaystyle {\frac {p}{\gamma }} + z = \ mathrm {const} .}

Termenii au același înțeles ca în secțiune presiunea fluidului.

direcția presiunii lichidului

un fapt determinat experimental despre presiunea lichidului este că se exercită în mod egal în toate direcțiile. Dacă cineva este scufundat în apă, indiferent de modul în care acea persoană își înclină capul, persoana va simți aceeași cantitate de presiune a apei pe urechi. Deoarece un lichid poate curge, această presiune nu este doar în jos. Presiunea este văzută acționând lateral atunci când apa se scurge lateral dintr-o scurgere în partea laterală a unei cutii verticale. Presiunea acționează și în sus, așa cum se demonstrează atunci când cineva încearcă să împingă o minge de plajă sub suprafața apei. Partea inferioară a unei bărci este împinsă în sus de presiunea apei (flotabilitate).

când un lichid apasă pe o suprafață, există o forță netă care este perpendiculară pe suprafață. Deși presiunea nu are o direcție specifică, forța are. Un bloc triunghiular scufundat are apă forțată împotriva fiecărui punct din mai multe direcții, dar componentele Forței care nu sunt perpendiculare pe suprafață se anulează reciproc, lăsând doar un punct perpendicular net. Acesta este motivul pentru care apa care curge dintr-o gaură dintr-o găleată iese inițial din găleată într-o direcție în unghi drept față de suprafața găleții în care este amplasată gaura. Apoi se curbează în jos din cauza gravitației. Dacă există trei găuri într – o găleată (sus, jos și mijloc), atunci vectorii de forță perpendiculari pe suprafața interioară a recipientului vor crește odată cu creșterea adâncimii-adică o presiune mai mare în partea de jos o face astfel încât gaura de jos să tragă apa cel mai îndepărtat. Forța exercitată de un fluid pe o suprafață netedă este întotdeauna în unghi drept față de suprafață. Viteza lichidului din gaură este de 2 g h {\displaystyle \ scriptstyle {\sqrt {2gh}}}

, unde h este adâncimea de sub suprafața liberă. Aceasta este aceeași viteză pe care ar avea-o apa (sau orice altceva) dacă ar cădea liber la aceeași distanță verticală h.

presiune Cinematicaedit

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

este presiunea cinematică, unde P {\displaystyle p}

este presiunea și 0 {\displaystyle \ rho _{0}}

densitate de masă constantă. Unitatea SI a lui P este m2 / s2. Presiunea cinematică este utilizată în același mod ca și vâscozitatea cinematică (XX) {\displaystyle \nu }

pentru a calcula ecuația Navier-Stokes fără a arăta Explicit densitatea (x) 0 {\displaystyle \ rho _{0}}

. Ecuația Navier-Stokes cu cantități cinematice de la urm . {\displaystyle {\frac {\parțial u} {\parțial t}}+(u \ nabla )u = – \nabla P + \ nu \ nabla ^{2}u.}