Tekanan sebagai besaran fisis. Rumus tekanan untuk udara, uap, cair atau padat

Bayangkan sebuah silinder tertutup berisi udara dengan piston terpasang di atasnya. Jika Anda mulai memberi tekanan pada piston, maka volume udara di dalam silinder akan mulai berkurang, molekul udara akan saling bertabrakan dan dengan piston semakin intensif, dan tekanan udara terkompresi pada piston akan meningkat.

Jika piston sekarang tiba-tiba dilepaskan, maka udara terkompresi akan tiba-tiba mendorongnya ke atas. Hal ini akan terjadi karena dengan luas piston yang konstan maka gaya yang bekerja pada piston dari udara terkompresi akan meningkat. Area piston tetap tidak berubah, dan gaya dari sisi molekul gas meningkat, dan tekanan meningkat.

Atau contoh lain. Seorang pria berdiri di tanah, berdiri dengan kedua kaki. Dalam posisi ini, seseorang merasa nyaman, dia tidak mengalami ketidaknyamanan. Tetapi apa yang terjadi jika orang ini memutuskan untuk berdiri dengan satu kaki? Dia akan menekuk salah satu kakinya di lutut, dan sekarang dia akan bersandar di tanah hanya dengan satu kaki. Dalam posisi ini, seseorang akan merasakan ketidaknyamanan, karena tekanan pada kaki meningkat, dan sekitar 2 kali lipat. Mengapa? Karena area yang sekarang dilalui gravitasi yang menekan seseorang ke tanah telah berkurang 2 kali lipat. Berikut adalah contoh tentang apa itu tekanan dan betapa mudahnya mendeteksinya dalam kehidupan sehari-hari.

Dari sudut pandang fisika, tekanan adalah besaran fisika yang secara numerik sama dengan gaya yang bekerja tegak lurus terhadap permukaan per satuan luas permukaan ini. Oleh karena itu, untuk menentukan tekanan pada titik tertentu pada permukaan, komponen normal gaya yang diterapkan pada permukaan dibagi dengan luas elemen permukaan kecil tempat gaya ini bekerja. Dan untuk menentukan tekanan rata-rata di seluruh area, komponen normal gaya yang bekerja pada permukaan harus dibagi dengan: luas keseluruhan permukaan ini.

Tekanan diukur dalam pascal (Pa). Satuan tekanan ini mendapatkan namanya untuk menghormati matematikawan, fisikawan dan penulis Prancis Blaise Pascal, penulis hukum dasar hidrostatika - Hukum Pascal, yang menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada cairan atau gas ditransmisikan ke titik mana pun tidak berubah di semua arah. Untuk pertama kalinya, satuan tekanan "pascal" diedarkan di Prancis pada tahun 1961, menurut dekrit tentang satuan, tiga abad setelah kematian ilmuwan tersebut.

Satu pascal sama dengan tekanan yang diberikan oleh gaya satu newton, didistribusikan secara merata, dan diarahkan tegak lurus ke permukaan satu meter persegi.

Dalam pascal, tidak hanya tekanan mekanis (mechanical stress) yang diukur, tetapi juga modulus elastisitas, modulus Young, modulus elastisitas curah, kekuatan luluh, batas proporsionalitas, ketahanan sobek, kekuatan geser, tekanan suara dan tekanan osmotik. Secara tradisional, dalam pascallah karakteristik mekanis terpenting dari material dalam kekuatan material diekspresikan.

Teknik atmosfer (at), fisik (atm), kilogram-gaya per sentimeter persegi (kgf / cm2)

Selain pascal, satuan lain (off-system) juga digunakan untuk mengukur tekanan. Salah satu unit tersebut adalah "atmosfer" (at). Tekanan satu atmosfer kira-kira sama dengan tekanan atmosfer di permukaan bumi di permukaan laut. Hari ini, "atmosfer" dipahami sebagai suasana teknis (at).

Atmosfer teknis (at) adalah tekanan yang dihasilkan oleh satu kilogram gaya (kgf) yang didistribusikan secara merata di atas area satu sentimeter persegi. Dan gaya satu kilogram, pada gilirannya, sama dengan gaya gravitasi yang bekerja pada benda bermassa satu kilogram dalam kondisi percepatan jatuh bebas, sama dengan 9,80665 m/s2. Dengan demikian, gaya satu kilogram sama dengan 9,80665 Newton, dan 1 atmosfer ternyata sama dengan tepat 98066,5 Pa. 1 pada = 98066,5 Pa.

Di atmosfer, misalnya, tekanan di ban mobil, misalnya, tekanan yang disarankan pada ban bus penumpang GAZ-2217 adalah 3 atmosfer.

Ada juga "atmosfer fisik" (atm), yang didefinisikan sebagai tekanan kolom merkuri, setinggi 760 mm pada dasarnya, mengingat kerapatan merkuri adalah 13595,04 kg / m3, pada suhu 0 ° C dan di bawah kondisi percepatan gravitasi 9,80665 m/s2. Jadi ternyata 1 atm \u003d 1.033233 atm \u003d 101 325 Pa.

Adapun gaya kilogram per sentimeter persegi (kgf/cm2), satuan tekanan non-sistemik ini sama dengan tekanan atmosfer normal dengan akurasi yang baik, yang terkadang nyaman untuk menilai berbagai efek.

Unit "bar" non-sistemik kira-kira sama dengan satu atmosfer, tetapi lebih akurat - tepatnya 100.000 Pa. Dalam sistem CGS, 1 bar sama dengan 1.000.000 dyne/cm2. Sebelumnya, nama "bar" dibawa oleh unit, sekarang disebut "barium", dan sama dengan 0,1 Pa atau dalam sistem CGS 1 barium \u003d 1 dyn / cm2. Kata "bar", "barium" dan "barometer" berasal dari kata yang sama kata Yunani"gravitasi".

Seringkali, untuk mengukur tekanan atmosfer dalam meteorologi, satuan mbar (milibar), sama dengan 0,001 bar, digunakan. Dan untuk mengukur tekanan pada planet-planet yang atmosfernya sangat langka - mikrobar (microbar), sama dengan 0,000001 bar. Pada pengukur tekanan teknis, skala paling sering memiliki gradasi di batangan.

Milimeter kolom air raksa (mm Hg), milimeter kolom air (mm kolom air)

Satuan ukuran nonsistemik "milimeter air raksa" adalah 101325/760 = 133.3223684 Pa. Ini ditunjuk "mm Hg", tetapi kadang-kadang ditunjuk "torr" - untuk menghormati fisikawan Italia, seorang mahasiswa Galileo, Evangelista Torricelli, penulis konsep tekanan atmosfer.

Unit ini dibentuk sehubungan dengan cara yang nyaman pengukuran tekanan atmosfer dengan barometer, di mana kolom merkuri berada dalam kesetimbangan di bawah pengaruh tekanan atmosfer. Merkuri memiliki densitas tinggi sekitar 13.600 kg/m3 dan dicirikan oleh tekanan uap jenuh yang rendah dalam kondisi suhu kamar, oleh karena itu, merkuri dipilih untuk barometer pada satu waktu.

Di permukaan laut, tekanan atmosfer kira-kira 760 mm Hg, nilai inilah yang sekarang dianggap sebagai tekanan atmosfer normal, sama dengan 101325 Pa atau satu atmosfer fisik, 1 atm. Artinya, 1 milimeter air raksa sama dengan 101325/760 pascal.

Dalam milimeter air raksa, tekanan diukur dalam kedokteran, meteorologi, dan navigasi penerbangan. Dalam kedokteran, tekanan darah diukur dalam mmHg; dalam teknologi vakum, diukur dalam mmHg, bersama dengan bar. Kadang-kadang mereka bahkan hanya menulis 25 mikron, yang berarti mikron merkuri, jika kita sedang berbicara tentang evakuasi, dan pengukuran tekanan dilakukan dengan pengukur vakum.

Dalam beberapa kasus, milimeter kolom air digunakan, dan kemudian kolom air 13,59 mm \u003d 1 mm Hg. Terkadang lebih bijaksana dan nyaman. Satu milimeter kolom air, seperti satu milimeter kolom air raksa, adalah unit off-sistem, yang pada gilirannya sama dengan tekanan hidrostatik 1 mm kolom air yang diberikan kolom ini. dasar datar pada suhu air kolom 4°C.

Tidak ada yang suka berada di bawah tekanan. Dan tidak masalah yang mana. Queen juga menyanyikan lagu ini bersama dengan David Bowie dalam single terkenal mereka "Under pressure". Apa itu tekanan? Bagaimana memahami tekanan? Dalam apa yang diukur, dengan instrumen dan metode apa, kemana diarahkan dan apa yang ditekan. Jawaban untuk ini dan pertanyaan lainnya - di artikel kami tentang tekanan dalam fisika dan tidak hanya.

Jika guru memberi tekanan pada Anda dengan mengajukan masalah yang rumit, kami akan memastikan bahwa Anda dapat menjawabnya dengan benar. Bagaimanapun, memahami esensi dari segala sesuatu adalah kunci kesuksesan! Jadi apa itu tekanan dalam fisika?

Prioritas-A:

Tekanan- skalar kuantitas fisik, sama dengan kekuatan bekerja per satuan luas permukaan.

PADA sistem internasional SI diukur dalam Pascal dan ditandai dengan huruf p . Satuan tekanan - 1 Pascal. Penunjukan Rusia - Pa, internasional - Pa.

Menurut definisi, untuk menemukan tekanan, Anda perlu membagi gaya dengan luas.

Setiap cairan atau gas yang ditempatkan dalam bejana memberikan tekanan pada dinding bejana. Misalnya, borscht dalam panci bekerja di bagian bawah dan dindingnya dengan beberapa tekanan. Rumus untuk menentukan tekanan fluida:

di mana g adalah percepatan jatuh bebas dalam medan gravitasi bumi, h- ketinggian kolom borscht di panci, huruf Yunani "ro"- kepadatan borscht.

Alat yang paling umum digunakan untuk mengukur tekanan adalah barometer. Tapi apa yang diukur dalam tekanan? Selain pascal, ada unit pengukuran di luar sistem lainnya:

• suasana;
• milimeter air raksa;
• milimeter kolom air;
• meter kolom air;
• kilogram-kekuatan.

Tergantung pada konteksnya, unit di luar sistem yang berbeda digunakan.

Misalnya, ketika Anda mendengarkan atau membaca ramalan cuaca, tidak ada pertanyaan tentang Pascal. Mereka berbicara tentang milimeter air raksa. Satu milimeter air raksa adalah 133 Pascal. Jika Anda mengemudi, Anda mungkin tahu bahwa tekanan ban normal mobil penumpang- sekitar dua atmosfer.

Tekanan atmosfer

Atmosfer adalah gas, lebih tepatnya, campuran gas yang tertahan di dekat Bumi karena gravitasi. Atmosfer masuk ke ruang antarplanet secara bertahap, dan tingginya kira-kira 100 kilometer.

Bagaimana memahami ungkapan "tekanan atmosfer"? atas setiap meter persegi Permukaan bumi adalah kolom gas sepanjang seratus kilometer. Tentu saja, udaranya transparan dan menyenangkan, tetapi memiliki massa yang menekan permukaan bumi. Ini adalah tekanan atmosfer.

Tekanan atmosfer normal dianggap sama dengan 101325 Pa. Ini adalah tekanan di permukaan laut pada 0 derajat Celcius. Celsius. Tekanan yang sama pada suhu yang sama diberikan pada alasnya oleh kolom air raksa dengan ketinggian 766 milimeter.

Semakin tinggi ketinggian, semakin rendah tekanan atmosfer. Misalnya, di atas gunung Chomolungma itu hanya seperempat dari tekanan atmosfer normal.

Tekanan darah

Contoh lain di mana kita menghadapi tekanan dalam Kehidupan sehari-hari adalah pengukuran tekanan darah.

Tekanan darah adalah tekanan darah, yaitu Tekanan yang diberikan darah pada dinding pembuluh darah, dalam hal ini arteri.

Jika Anda telah mengukur tekanan darah Anda dan Anda memilikinya 120 pada 80 , maka semuanya baik-baik saja. Jika sebuah 90 pada 50 atau 240 pada 180 , maka pasti tidak akan menarik bagi Anda untuk mengetahui apa tekanan ini diukur dan apa artinya secara umum.

Namun, muncul pertanyaan: 120 pada 80 apa tepatnya? Pascal, milimeter air raksa, atmosfer atau beberapa satuan pengukuran lainnya?

Tekanan darah diukur dalam milimeter air raksa. Ini menentukan tekanan berlebih dari cairan di sistem sirkulasi di atas tekanan atmosfer.

Darah memberikan tekanan pada pembuluh darah dan dengan demikian mengkompensasi efek tekanan atmosfer. Jika tidak, kita hanya akan dihancurkan oleh massa udara yang sangat besar di atas kita.

Tapi kenapa di dimensi tekanan darah dua angka?

Omong-omong! Untuk pembaca kami sekarang ada diskon 10% untuk

Faktanya adalah bahwa darah bergerak di dalam pembuluh tidak secara merata, tetapi dalam sentakan. Angka pertama (120) disebut sistolik tekanan. Ini adalah tekanan pada dinding pembuluh darah pada saat kontraksi otot jantung, nilainya paling besar. Digit kedua (80) mendefinisikan nilai terkecil dan disebut diastolik tekanan.

Saat mengukur, nilai tekanan sistolik dan diastolik dicatat. Misalnya untuk Orang yang sehat nilai tekanan darah tipikal adalah 120 hingga 80 milimeter air raksa. Ini berarti bahwa tekanan sistolik adalah 120 mm. rt. Seni., dan diastolik - 80 mm Hg. Seni. Perbedaan antara tekanan sistolik dan diastolik disebut tekanan nadi.

vakum fisik

Vakum adalah tidak adanya tekanan. Lebih tepatnya, hampir tidak ada sama sekali. Vakum mutlak adalah perkiraan, seperti gas ideal dalam termodinamika dan poin materi dalam mekanika.

Tergantung pada konsentrasi zat, vakum rendah, sedang dan tinggi dibedakan. Pendekatan terbaik untuk vakum fisik adalah ruang angkasa, di mana konsentrasi molekul dan tekanan minimal.

Tekanan adalah parameter termodinamika utama dari keadaan sistem. Dimungkinkan untuk menentukan tekanan udara atau gas lain tidak hanya dengan instrumen, tetapi juga menggunakan persamaan, rumus, dan hukum termodinamika. Dan jika Anda tidak punya waktu untuk mencari tahu, layanan siswa akan membantu Anda memecahkan masalah menentukan tekanan.

Mengapa seseorang yang berdiri di atas papan ski tidak jatuh ke salju yang lepas? Mengapa mobil dengan ban lebar memiliki flotasi lebih banyak daripada mobil dengan ban biasa? Mengapa traktor membutuhkan ulat? Kami akan menemukan jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini dengan berkenalan dengan besaran fisik yang disebut tekanan.

Tekanan tubuh padat

Ketika sebuah gaya diterapkan bukan pada satu titik tubuh, tetapi pada banyak titik, maka gaya itu bekerja pada permukaan tubuh. Dalam hal ini, seseorang berbicara tentang tekanan yang diciptakan oleh gaya ini pada permukaan benda padat.

Dalam fisika, tekanan adalah besaran fisika yang secara numerik sama dengan rasio gaya yang bekerja pada permukaan yang tegak lurus terhadap luas permukaan ini.

p = F/S ,

di mana R - tekanan; F - gaya yang bekerja pada permukaan; S - luas permukaan.

Jadi, tekanan terjadi ketika sebuah gaya bekerja pada permukaan yang tegak lurus terhadapnya. Besarnya tekanan tergantung pada besarnya gaya ini, dan berbanding lurus dengannya. Semakin besar gaya, semakin besar tekanan yang dihasilkan per satuan luas. Gajah lebih berat dari harimau, sehingga memberikan lebih banyak tekanan di permukaan. Mobil mendorong terhadap jalan dengan kekuatan lebih dari pejalan kaki.

Tekanan benda padat berbanding terbalik dengan luas permukaan tempat gaya bekerja.

Semua orang tahu bahwa berjalan di salju yang dalam itu sulit karena fakta bahwa kaki terus-menerus jatuh. Tapi bermain ski cukup mudah. Masalahnya adalah bahwa dalam kedua kasus seseorang bertindak di atas salju dengan kekuatan yang sama - gaya gravitasi. Tetapi gaya ini didistribusikan di atas permukaan dengan daerah yang berbeda. Karena luas permukaan ski lebih besar dari luas telapak sepatu bot, berat seseorang dalam hal ini didistribusikan ke area yang lebih besar. Dan gaya yang bekerja per satuan luas beberapa kali lebih kecil. Oleh karena itu, seseorang yang berdiri di atas ski mengurangi tekanan pada salju dan tidak jatuh ke dalamnya.

Dengan mengubah luas permukaan, Anda dapat menambah atau mengurangi jumlah tekanan.

Saat akan mendaki, kami memilih tas punggung dengan tali lebar untuk mengurangi tekanan pada bahu.

Untuk mengurangi tekanan bangunan di tanah, tambah luas pondasi.

ban truk buat lebih lebar dari ban mobil sehingga mereka memberikan lebih sedikit tekanan di tanah. Untuk alasan yang sama, traktor atau tangki dibuat di atas rel, dan bukan di atas roda.

Pisau, bilah, gunting, jarum diasah dengan tajam sehingga memiliki area pemotongan atau penusukan sekecil mungkin. Dan bahkan dengan bantuan gaya yang diterapkan kecil, banyak tekanan dibuat.

Untuk alasan yang sama, alam telah menyediakan hewan dengan gigi tajam, taring, dan cakar.

Tekanan - skalar. Dalam padatan, itu ditransmisikan ke arah gaya.

Satuan gaya adalah newton. Satuan luas adalah m 2 . Oleh karena itu, satuan tekanan adalah N/m 2 . Nilai ini dalam sistem internasional satuan SI disebut pascal (Pa atau Ra). Itu mendapat namanya untuk menghormati fisikawan Prancis Blaise Pascal. Sebuah tekanan 1 pascal menyebabkan gaya 1 newton bekerja pada permukaan 1 m 2 .

1 Pa = 1N/m2 .

Sistem lain menggunakan satuan seperti bar, atmosfer, mmHg. Seni. (milimeter air raksa), dll.

Tekanan dalam cairan

Jika dalam benda padat tekanan diteruskan searah dengan gaya, maka dalam zat cair dan gas, menurut hukum Pascal, " setiap tekanan yang diberikan pada cairan atau gas ditransmisikan ke segala arah tanpa perubahan ».

Mari kita isi bola dengan lubang-lubang kecil yang terhubung ke tabung sempit berbentuk silinder dengan cairan. Mari kita isi bola dengan cairan, masukkan piston ke dalam tabung dan mulailah menggerakkannya. Piston menekan permukaan cairan. Tekanan ini ditransmisikan ke setiap titik fluida. Cairan mulai mengalir keluar dari lubang di bola.

Mengisi balon dengan asap, kita akan melihat hasil yang sama. Ini berarti bahwa dalam gas tekanan juga ditransmisikan ke segala arah.

Gaya gravitasi bekerja pada cairan, seperti pada benda apapun di permukaan bumi. Setiap lapisan cairan dalam wadah menciptakan tekanan dengan beratnya sendiri.

Hal ini dibuktikan dengan percobaan berikut.

Jika air dituangkan ke dalam bejana kaca, alih-alih bagian bawahnya memiliki film karet, maka film tersebut akan melorot di bawah berat air. Dan semakin banyak air, semakin banyak film akan menekuk. Jika kita secara bertahap membenamkan bejana ini dengan air ke dalam wadah lain yang juga berisi air, maka saat tenggelam, film akan lurus. Dan ketika ketinggian air dalam wadah dan wadah sama, film akan benar-benar lurus.

Pada tingkat yang sama, tekanan dalam cairan adalah sama. Tetapi dengan bertambahnya kedalaman, itu meningkat, karena molekul lapisan atas memberi tekanan pada molekul-molekul lapisan bawah. Dan itu, pada gilirannya, memberi tekanan pada molekul-molekul lapisan yang terletak lebih rendah lagi. Oleh karena itu, pada titik terendah tangki, tekanan akan menjadi yang tertinggi.

Tekanan di kedalaman ditentukan oleh rumus:

p = g h ,

di mana p - tekanan (Pa);

ρ - kepadatan cairan (kg / m 3);

g - percepatan jatuh bebas (9,81 m/s);

h - tinggi kolom cairan (m).

Dapat dilihat dari rumus bahwa tekanan meningkat dengan kedalaman. Semakin rendah kapal selam turun di laut, semakin banyak tekanan yang akan dialaminya.

Tekanan atmosfer

Evangelista Torricelli

Siapa tahu, jika pada tahun 1638 Duke of Tuscany tidak memutuskan untuk mendekorasi taman Florence dengan air mancur yang indah, tekanan atmosfer tidak akan ditemukan pada abad ke-17, tetapi jauh kemudian. Kita dapat mengatakan bahwa penemuan ini dibuat secara kebetulan.

Pada masa itu, diyakini bahwa air akan naik di belakang piston pompa, karena, seperti yang dikatakan Aristoteles, "alam tidak mentolerir kekosongan." Namun, acara tersebut tidak berjalan sukses. Air di air mancur benar-benar naik, mengisi "kekosongan" yang dihasilkan, tetapi pada ketinggian 10,3 m berhenti.

Mereka meminta bantuan Galileo Galilei. Karena dia tidak dapat menemukan penjelasan yang logis, dia menginstruksikan murid-muridnya - Evangelista Torricelli dan Vincenzo Viviani melakukan eksperimen.

Mencoba mencari penyebab kegagalan, siswa Galileo menemukan bahwa cairan yang berbeda naik di belakang pompa ke ketinggian yang berbeda. Semakin padat cairan, semakin rendah ketinggiannya. Karena massa jenis air raksa 13 kali lipat dari air, ia dapat naik ke ketinggian 13 kali lebih kecil. Oleh karena itu, mereka menggunakan merkuri dalam eksperimennya.

Pada tahun 1644 percobaan dilakukan. Tabung gelas diisi dengan air raksa. Kemudian dibuang ke wadah yang juga berisi air raksa. Setelah beberapa waktu, kolom air raksa di dalam tabung naik. Tapi dia tidak mengisi seluruh tabung. Ada ruang kosong di atas kolom merkuri. Itu kemudian disebut "kekosongan Torricellian". Tapi merkuri tidak mengalir keluar dari tabung ke dalam wadah juga. Torricelli menjelaskan ini dengan fakta bahwa tekanan merkuri udara atmosfer dan menyimpannya di dalam tabung. Dan ketinggian kolom air raksa di dalam tabung menunjukkan besarnya tekanan ini. Ini adalah pertama kalinya tekanan atmosfer diukur.

Atmosfer Bumi adalah cangkang udaranya, yang berada di dekatnya oleh gaya tarik gravitasi. Molekul-molekul gas yang membentuk cangkang ini terus-menerus dan bergerak secara acak. Di bawah pengaruh gravitasi, lapisan atas atmosfer menekan lapisan bawah, mengompresinya. Lapisan terendah di dekat permukaan bumi paling banyak terkompresi. Oleh karena itu, tekanan di dalamnya adalah yang terbesar. Menurut hukum Pascal, ia mentransmisikan tekanan ini ke segala arah. Itu dialami oleh semua yang ada di permukaan bumi. Tekanan ini disebut tekanan atmosfir .

Karena tekanan atmosfer diciptakan oleh lapisan udara di atasnya, tekanan itu menurun seiring dengan meningkatnya ketinggian. Diketahui bahwa tinggi di pegunungan lebih rendah daripada di kaki gunung. Dan jauh di bawah tanah itu jauh lebih tinggi daripada di permukaan.

Tekanan atmosfer normal adalah tekanan yang sama dengan tekanan kolom air raksa setinggi 760 mm pada suhu 0 o C.

Pengukuran tekanan atmosfer

Karena udara atmosfer memiliki kerapatan yang berbeda ketinggian yang berbeda, maka nilai tekanan atmosfer tidak dapat ditentukan dengan rumusp = ρ · g · h . Oleh karena itu, ditentukan dengan menggunakan instrumen khusus yang disebut barometer .

Bedakan antara barometer cair dan aneroid (non-cair). Pengoperasian barometer cairan didasarkan pada perubahan kolom level cairan di bawah tekanan atmosfer.

Aneroid adalah wadah tertutup yang terbuat dari logam bergelombang, di mana ruang hampa dibuat. Wadah berkontraksi ketika tekanan atmosfer naik dan menjadi lurus ketika diturunkan. Semua perubahan ini ditransmisikan ke panah dengan bantuan pegas piring besi. Ujung panah bergerak di sepanjang skala.

Dengan mengubah pembacaan barometer, seseorang dapat mengasumsikan bagaimana cuaca akan berubah dalam beberapa hari mendatang. Jika tekanan atmosfer meningkat, maka cuaca cerah dapat diharapkan. Dan jika turun, akan berawan.

Dalam praktek menyelam, kita sering menjumpai perhitungan tekanan mekanik, hidrostatik dan gas dari berbagai nilai. Tergantung pada nilai tekanan yang diukur, unit yang berbeda digunakan.

Dalam sistem SI dan ISS, satuan tekanan adalah pascal (Pa), dalam sistem MKGSS - kgf / cm 2 (suasana teknis - at). Taurat (mm Hg), atm (atmosfer fisik), m air digunakan sebagai satuan tekanan non-sistemik. Seni., dan dalam ukuran bahasa Inggris - pound / inci 2. Hubungan antara unit tekanan yang berbeda diberikan pada Tabel 10.1.

Tekanan mekanis diukur dengan gaya yang bekerja tegak lurus terhadap luas permukaan satuan tubuh:

di mana p - tekanan, kgf / cm 2;
F - gaya, kgf;
S - luas, cm 2.

Contoh 10.1. Tentukan tekanan yang diberikan penyelam di geladak kapal dan di tanah di bawah air ketika dia mengambil langkah (yaitu berdiri dengan satu kaki). Berat seorang penyelam dalam peralatan di udara adalah 180 kgf, dan di bawah air 9 kgf. Luas telapak sepatu karet selam dianggap 360 cm 2. Keputusan. 1) Tekanan yang ditransmisikan oleh sepatu selam ke geladak kapal, menurut (10.1):

P \u003d 180/360 \u003d 0,5 kgf / cm

Atau dalam satuan SI

P \u003d 0,5 * 0.98.10 5 \u003d 49000 Pa \u003d 49 kPa.

Tabel 10.1. Hubungan antara satuan tekanan yang berbeda

2) Tekanan yang ditransmisikan oleh sepatu karet menyelam ke tanah di bawah air:

atau dalam satuan SI

P \u003d 0,025 * 0,98 * 10 5 \u003d 2460 Pa \u003d 2,46 kPa.

tekanan hidrostatis cairan di mana-mana tegak lurus terhadap permukaan di mana ia bekerja, dan meningkat dengan kedalaman, tetapi tetap konstan di setiap bidang horizontal.

Jika permukaan zat cair tidak mengalami tekanan luar (misalnya tekanan udara) atau tidak diperhitungkan, maka tekanan di dalam zat cair disebut tekanan berlebih.

di mana p adalah tekanan cairan, kgf/cm 2 ;
p adalah massa jenis cairan, gf "s 4 / cm 2;
g - percepatan jatuh bebas, cm/s 2 ;
Y- berat jenis cairan, kg/cm 3 , kgf/l;
H - kedalaman, m.

Jika permukaan zat cair mengalami tekanan luar tekanan di dalam cairan

Jika tekanan udara atmosfer bekerja pada permukaan zat cair, maka tekanan di dalam zat cair disebut tekanan mutlak(yaitu tekanan diukur dari nol - vakum penuh):
di mana B - tekanan atmosfer (barometrik), mm Hg. Seni.
Dalam perhitungan praktis untuk air tawar menerima
Y \u003d l kgf / l dan tekanan atmosfer p 0 \u003d 1 kgf / cm 2 \u003d \u003d 10 m air. Art., maka kelebihan tekanan air dalam kgf / cm 2
dan tekanan air mutlak
Contoh 10.2. Tentukan tekanan absolut air laut yang bekerja pada seorang penyelam pada kedalaman 150 m jika tekanan barometrik 765 mm Hg. Seni., dan berat jenis air laut adalah 1,024 kgf / l.

Keputusan. Tekanan mutlak sapi sebesar (10/4)

perkiraan nilai tekanan absolut menurut (10.6)
PADA contoh ini penggunaan rumus perkiraan (10.6) untuk perhitungan cukup dibenarkan, karena kesalahan perhitungan tidak melebihi 3%.

Contoh 10.3. Dalam struktur berongga yang mengandung udara di bawah tekanan atmosfer p a \u003d 1 kgf / cm 2, terletak di bawah air, sebuah lubang terbentuk di mana air mulai mengalir (Gbr. 10.1). Berapa gaya tekanan yang akan dialami penyelam jika dia mencoba menutup lubang ini dengan tangannya? Luas pada penampang lubang adalah 10X10 cm 2, tinggi kolom air H di atas lubang adalah 50 m.

Beras. 9.20. Ruang observasi "Galeazzi": 1 - mata; 2 - perangkat recoil kabel dan pemotongan kabel; 3 - pas untuk input telepon; 4 - penutup palka; 5 - jendela kapal atas; 6 - cincin pengikat karet; 7 - jendela kapal bawah; 8 - badan kamera; 9 - tabung oksigen dengan pengukur tekanan; 10 - perangkat pengembalian ballast darurat; 11 - pemberat darurat; 12 - kabel lampu; 13 - lampu; 14 - kipas listrik; 15-ponsel-mikrofon; enam belas - baterai akumulator; 17 - kotak kerja regeneratif; 18 - lubang palka penutup

Keputusan. Tekanan berlebih air di lubang menurut (10.5)

P \u003d 0,1-50 \u003d 5 kgf / cm 2.

Gaya tekanan pada tangan penyelam dari (10.1)

F \u003d Sp \u003d 10 * 10 * 5 \u003d 500 kgf \u003d 0,5 tf.

Tekanan gas yang terkandung dalam kapal didistribusikan secara merata, jika kita tidak memperhitungkan beratnya, yang, mengingat dimensi kapal yang digunakan dalam latihan menyelam, memiliki efek yang tidak signifikan. Besarnya tekanan suatu massa gas yang konstan bergantung pada volume yang ditempatinya dan suhu.

Hubungan antara tekanan gas dan volumenya pada suhu konstan ditentukan oleh ekspresi

P 1 V 1 = p 2 V 2 (10,7)

Dimana p 1 dan p 2 - tekanan absolut awal dan akhir, kgf / cm 2;

V 1 dan V 2 - volume awal dan akhir gas, l. Hubungan antara tekanan gas dan suhunya pada volume konstan ditentukan oleh ekspresi

di mana t 1 dan t 2 adalah suhu awal dan akhir gas, °C.

Pada tekanan konstan, ada hubungan yang sama antara volume dan suhu gas

Hubungan antara tekanan, volume, dan suhu gas ditetapkan oleh hukum gabungan keadaan gas

Contoh 10.4. Kapasitas silinder adalah 40 l, tekanan udara di dalamnya adalah 150 kgf / cm 2 menurut manometer. Tentukan volume udara bebas di dalam silinder, yaitu volume yang dikurangi menjadi 1 kgf / cm 2.

Keputusan. Tekanan absolut awal p \u003d 150 + 1 \u003d 151 kgf / cm 2, p akhir 2 \u003d 1 kgf / cm 2, volume awal V 1 \u003d 40 l. Volume udara bebas dari (10.7)

Contoh 10.5. Manometer pada tabung oksigen pada ruangan bersuhu 17°C menunjukkan tekanan 200 kgf/cm2. Silinder ini dipindahkan ke geladak, dimana keesokan harinya pada suhu -11°C, bacaannya turun menjadi 180 kgf/cm 2. Kebocoran oksigen dicurigai. Periksa apakah kecurigaan itu benar.

Keputusan. Tekanan absolut awal p 2 \u003d 200 + 1 \u003d \u003d 201 kgf / cm 2, akhir p 2 \u003d 180 + 1 \u003d 181 kgf / cm 2, suhu awal t 1 \u003d 17 ° C, akhir t 2 \ u003d -11 ° C. Perkiraan tekanan akhir dari (10.8)

Kecurigaan tidak berdasar, karena tekanan aktual dan yang dihitung adalah sama.

Contoh 10.6. Seorang penyelam di bawah air mengkonsumsi 100 l / mnt udara yang dikompresi hingga tekanan pada kedalaman menyelam 40 m. Tentukan laju aliran udara bebas (yaitu, pada tekanan 1 kgf / cm 2).

Keputusan. Tekanan absolut awal pada kedalaman perendaman menurut (10.6)

P 1 \u003d 0,1 * 40 \u003d 5 kgf / cm 2.

Tekanan absolut akhir P 2 \u003d 1 kgf / cm 2

Aliran udara awal Vi = l00 l/mnt.

Aliran udara bebas menurut (10.7)

Mari kita lakukan percobaan. Mari kita ambil papan kecil dengan empat paku yang ditancapkan ke sudut-sudutnya, dan letakkan dengan ujungnya di atas pasir. Kami meletakkan beban di atasnya (Gbr. 81). Kita akan melihat bahwa kepala paku hanya sedikit ditekan ke pasir. Jika kita membalik papan dan meletakkannya lagi (bersama dengan beban) di atas pasir, sekarang paku akan masuk lebih dalam (Gbr. 82). Dalam kedua kasus, berat papan sama, tetapi efeknya berbeda. Mengapa? Perbedaan keseluruhan dalam kasus-kasus yang dipertimbangkan adalah bahwa luas permukaan tempat paku diletakkan lebih besar dalam satu kasus dan lebih kecil dalam kasus lainnya. Bagaimanapun, pada awalnya kepala paku menyentuh pasir, dan kemudian ujungnya.

Kami melihat bahwa hasil tumbukan tidak hanya bergantung pada kekuatan yang digunakan tubuh untuk menekan permukaan, tetapi juga pada area permukaan ini. Karena alasan inilah seseorang yang mampu meluncur di atas salju yang lepas di atas ski segera jatuh ke dalamnya begitu dia melepaskannya (Gbr. 83). Tapi itu bukan hanya daerah. Besarnya gaya yang diterapkan juga memainkan peran penting. Jika, misalnya, pada hal yang sama. papan (lihat Gbr. 81) beri bobot lain, lalu paku (dengan area penyangga yang sama) akan tenggelam lebih dalam ke pasir.

Gaya yang bekerja tegak lurus pada permukaan disebut kekuatan tekanan ke permukaan ini.

Gaya tekanan tidak harus bingung dengan tekanan. Tekanan- ini adalah kuantitas fisik yang sama dengan rasio gaya tekanan yang diterapkan pada permukaan tertentu dengan luas permukaan ini:

p - tekanan, F - gaya tekanan, S - area.

Jadi, untuk menentukan tekanan, perlu untuk membagi gaya tekanan dengan luas permukaan di mana tekanan diterapkan.

Dengan gaya yang sama, tekanan lebih besar ketika area tumpuan lebih kecil, dan sebaliknya dari lebih banyak area mendukung, semakin sedikit tekanan.

Dalam kasus di mana gaya tekanan adalah berat tubuh di permukaan (F = P = mg), tekanan yang diberikan oleh tubuh dapat ditemukan dengan rumus

Jika tekanan p dan luas S diketahui, maka gaya tekanan F dapat ditentukan; Untuk melakukan ini, Anda perlu mengalikan tekanan dengan luas:

F = pS (32,2)

Gaya tekanan (seperti gaya lainnya) diukur dalam newton. Tekanan diukur dalam pascal. Pascal(1 Pa) adalah tekanan yang dihasilkan oleh gaya tekanan 1 N ketika diterapkan pada permukaan 1 m 2:

1 Pa \u003d 1 N / m 2.

Unit tekanan lain juga digunakan - hectopascal (hPa) dan kilopascal (kPa):

1 hPa = 100 Pa, 1 kPa = 1000 Pa.

1. Berikan contoh yang menunjukkan bahwa hasil aksi suatu gaya bergantung pada luas tumpuan tempat gaya ini bekerja. 2. Mengapa pemain ski tidak jatuh ke salju? 3. Mengapa kancing yang tajam lebih mudah masuk ke dalam kayu daripada kancing yang tumpul? 4. Apa yang disebut tekanan? 5. Satuan tekanan apa yang kamu ketahui? 6. Apa perbedaan antara tekanan dan gaya tekan? 7. Bagaimana Anda dapat menemukan gaya tekanan, mengetahui tekanan dan luas permukaan di mana gaya diterapkan?