Давление — физическая величина¶
Давление — физическая величина, характеризующая распределённую по поверхности силу, нормальную к этой поверхности. Относится к основным механическим величинам, измеряется в паскалях (Па) в Международной системе единиц (СИ). Один паскаль равен давлению, создаваемому силой в 1 ньютон, равномерно распределённой по поверхности площадью 1 м².
¶Определение и формула
Давление определяется как отношение силы, действующей нормально к поверхности, к площади этой поверхности:
p = F / S
где p — давление, F — сила (в ньютонах), S — площадь поверхности (в квадратных метрах). Если сила распределена неравномерно, используется понятие мгновенного давления в данной точке поверхности.
Давление — скалярная величина. В газах и жидкостях давление одинаково во всех направлениях (принцип Паскаля). В твёрдых телах давление может зависеть от направления — в этом случае говорят о тензоре напряжений.
¶Единицы измерения
| Единица | Обозначение | Соотношение |
|---|---|---|
| Паскаль (СИ) | Па | 1 Па = 1 Н/м² |
| Бар | бар | 1 бар = 10⁵ Па |
| Техническая атмосфера | ат | 1 ат ≈ 98 066,5 Па |
| Физическая атмосфера | атм | 1 атм = 101 325 Па |
| Миллиметр ртутного столба | мм рт. ст. | 1 мм рт. ст. ≈ 133,322 Па |
| Килограмм-сила на см² | кгс/см² | 1 кгс/см² ≈ 98 066,5 Па |
В технике и повседневной жизни в России нередко используются технические атмосферы, миллиметры ртутного столба (для атмосферного давления) и килограмм-силы на квадратный сантиметр (в машиностроении).
¶Виды давления
¶Атмосферное давление
Давление, оказываемое столбом воздуха планеты на находящиеся под ним тела. У поверхности Земли в нормальных условиях (0 °C, уровень моря) оно равно 101 325 Па (760 мм рт. ст.). С высотой атмосферное давление убывает примерно на 12 Па на каждый метр подъёма. В России стандартное атмосферное давление для расчётов принимается равным 101 325 Па.
¶Гидростатическое давление
Давление, создаваемое столбом жидкости. Определяется формулой p = ρgh, где ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, h — высота столба. Гидростатическое давление зависит только от глубины и плотности жидкости, но не от формы сосуда — принцип, открытый Блезом Паскалем в 1653 году.
¶Гидродинамическое давление
Давление в движущейся жидкости или газе. Включает статическое давление и динамическую составляющую, связанную со скоростью потока (теорема Бернулли). Используется в аэродинамике и гидравлике.
¶Удельное давление
Отношение давления к площади контакта — применяется при расчёте деформаций твёрдых тел, давления на грунт и в подобных задачах.
¶Давление в газах
Для идеального газа давление связано с другими параметрами уравнением Менделеева — Клапейрона: pV = νRT, где V — объём, ν — количество вещества, R — универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль·К)), T — абсолютная температура. При постоянной температуре давление обратно пропорционально объёму (закон Бойля — Мариотта), при постоянном объёме — прямо пропорционально температуре (закон Гей-Люссака).
¶Измерение давления
Для измерения давления применяются манометры (избыточное давление), барометры (атмосферное), вакуумметры (давление ниже атмосферного), тензометры и датчики давления. В промышленности широко используются мембранные, поршневые, электронные и пьезорезистивные датчики.
¶Применение
Давление — ключевая величина в многочисленных отраслях:
- Гидравлика и пневматика — работа гидроцилиндров, тормозных систем, пневмоинструмента.
- Метеорология — прогноз погоды основан на картах атмосферного давления (изобарах).
- Медицина — измерение артериального давления (норма для взрослого человека — около 120/80 мм рт. ст.).
- Строительство — расчёт нагрузок на фундаменты и конструкции.
- Авиация и космонавтика — поддержание давления в кабинах самолётов и космических станций.
В России действуют стандарты (ГОСТ), регламентирующие допустимое давление в системах отопления, водоснабжения, компрессоров и трубопроводов.
Источники:
- Савельев И. В. Курс общей физики
- Гуревич М. М. Физика: учебник для вузов
- ГОСТ 8.586.1–2005. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение давления
- Менделеев Д. И. Опыт суждения о мировой связи