что такое джи в физике давление

Давление для чайников: определение, объяснение простыми словами

Никому не нравится быть под давлением. И не важно, под каким. Об этом спела еще группа Queen вместе с Дэвидом Боуи в своем знаменитом сингле «Under pressure». Что такое давление? Как понять давление? В чем оно измеряется, какими приборами и методами, куда направлено и на что давит. Ответы на эти и другие вопросы – в нашей статье про давление в физике и не только.

Давление в физике

Если преподаватель давит на вас, задавая каверзные задачки, мы сделаем так, чтобы вы смогли верно на них ответить. Ведь понимание самой сути вещей – ключ к успеху! Итак, что такое давление в физике?

Давление – скалярная физическая величина, равная силе, действующей на единицу площади поверхности.

В международной системе СИ измеряется в Паскалях и обозначается буквой p. Единица измерения давления – 1 Паскаль. Русское обозначение – Па, международное – Pa.

Согласно определению, чтобы найти давление, нужно силу разделить на площадь.

Любая жидкость или газ, помещенный в сосуд, оказывает на стенки сосуда давление. Например, борщ в кастрюле действует на ее дно и стены с некоторым давлением. Формула определения давления жидкости:

где g – ускорение свободного падения в гравитационном поле земли, h – высота столба борща в кастрюле, греческая буква «ро» – плотность борща.

Наиболее распространенный в быту прибор для определения давления – барометр. Но в чем измеряют давление? Кроме паскаля существуют и другие внесистемные единицы измерения:

В зависимости от контекста применяются разные внесистемные единицы.

Атмосферное давление

Атмосфера – это газ, точнее, смесь газов, которая удерживается у Земли благодаря гравитации. Атмосфера переходит в межпланетное пространство постепенно, а ее высота – примерно 100 километров.

Как понимать выражение «атмосферное давление»? Над каждым квадратным метром земной поверхности находится стокилометровый столб газа. Конечно, воздух прозрачен и приятен, но у него есть масса, которая давит на поверхность земли. Это и есть атмосферное давление.

Нормальное атмосферное давление принято считать равным 101325 Па. Это давление на уровне мирового океана при температуре 0 градусов Цельсия. Такое же давление при этой же температуре оказывает на свое основание столб ртути высотой 766 миллиметров.

Чем больше высота над уровнем моря, тем ниже атмосферное давление. Например, на вершине горы Джомолунгма оно составляет всего одну четвертую от нормального атмосферного давления.

Эверест. На его вершине давление в 4 раза меньше, чем у подножия

Артериальное давление

Еще один пример, где мы сталкиваемся с давлением в повседневной жизни – это измерение кровяного давления.

Артериальное давление – это кровяное давление, т.е. давление, которое кровь оказывает на стенки сосудов, в данном случае – артерий.

Если вы измерили артериальное давление и оно у вас 120 на 80, то все хорошо. Если 90 на 50 или 240 на 180, то вам уже точно будет неинтересно разбираться, в чем это давление измеряется и что это вообще значит.

Тем не менее, возникает вопрос: 120 на 80 чего именно? Паскалей, миллиметров ртутного столба, атмосфер или еще каких-то единиц измерения?

Артериальное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба. Оно определяет превышение давления жидкости в кровеносной системе над атмосферным давлением.

Кровь оказывает давление на сосуды и тем самым компенсирует действие атмосферного давления. Будь иначе, нас бы просто раздавило огромной массой воздуха над нами.

Но почему в измерении артериального давления две цифры?

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Дело в том, что кровь движется в сосудах не равномерно, а толчками. Первая цифра (120) называется систолическим давлением. Это давление на стенки сосудов в момент сокращения сердечной мышцы, его величина – наибольшая. Вторая цифра (80) определяет наименьшее значение и называется диастолическим давлением.

При измерении фиксируются значения систолического и диастолического давлений. Например, для здорового человека типичное значение артериального давления составляет 120 на 80 миллиметров ртутного столба. Это означает, что систолическое давление равно 120 мм. рт. ст., а диастолическое – 80 мм рт. ст. Разница между систолическим и диастолическим давлениями называется пульсовым давлением.

Физический вакуум

Вакуум – это отсутствие давления. Точнее, практически полное его отсутствие. Абсолютный вакуум является приближением, как идеальный газ в термодинамике и материальная точка в механике.

В зависимости от концентрации вещества различают низкий, средний и высокий вакуум. Наилучшее приближение к физическому вакууму – космическое пространство, в котором концентрация молекул и давление минимальны.

В космосе наблюдается почти полное отсутствие давления

Давление – основной термодинамический параметр состояния системы. Определить давление воздуха или другого газа можно не только по приборам, но и пользуясь уравнениями, формулами и законами термодинамики. А если у вас нет времени разбираться, студенческий сервис поможет решить любую задачу на определение давления.

Источник

Давление. Перевод единиц измерения давления. Таблица соотношения единиц давления.

Давление – важная физическая величина, часто использующаяся в автомобильной технике. Тут и самые простые случаи, например, всем известные требования к давлению в шинах и более скрытые, давление топлива, масла в двигателе и трансмиссии, многочисленные узлы гидравлики. При указании и измерении численных значений потребуется система единиц, которая различается в технических традициях разных стран и школ.

Что такое онлайн конвертер величин и как им пользоваться

Для перевода одних величин давления в другие можно использовать специально написанные скрипты (программы) с удобным пользовательским интерфейсом (пример ниже).

Калькулятор перевода давления в бар на давление в мегапаскалях, килограмм силы, фунт силы и атмосферах

1 MPa равен 9.8692 физическая атмосфера, 10.197 кгс/см², 145.04 фунт/дюйм², 10.19716 техническая атмосфера

Достаточно ввести в одно из полей формы нужное значение, как тут же во всех остальных появляются числа, рассчитанные по известным формулам перевода одних единиц в другие.

При наличии доступа в интернет переводить величины через такую онлайн-конвертацию очень удобно, не надо искать коэффициенты пересчёта, вспоминать формулы и пользоваться калькулятором.

Единицы

Для начала выясним, какие единицы измерения давления воды в водопроводе используются в настоящее время.

Атмосфера

Эта единица соответствует атмосферному давлению на уровне моря. Здесь, однако, есть небольшая тонкость: речь идет об избыточном давлении относительно атмосферного. Его значение в водопроводе в 0,2 атмосферы, показанное манометром, соответствует абсолютному значению в 1,2 атмосферы.

Полезно: вместо слова “атмосфера” часто используется равноценное понятие – кгс/см2. Физический смысл единицы – усилие, с которым масса в 1 кг при земном ускорении свободного падения будет давить на площадь в 1 см2.

Устаревшая единица измерения, заимствованная из использовавшейся до СИ системы измерений СГС. О ней достаточно знать, что бар приблизительно (с точностью около 2%) равен атмосфере. Довольно часто манометр для измерения давления воды в водопроводе имеет две шкалы – в барах и мегапаскалях.

Мегапаскаль

Паскаль соответствует одному ньютону на квадратный метр поверхности. Поскольку масса в один килограмм давит на основание с силой в 9,8 ньютонов, 1 мегапаскаль примерно соответствует 9,8 кгс/см2. Иногда это значение округляют до 10.

Напор

Под понятием напора, измеряемого в метрах, понимается высота водяного столба, соответствующая определенному избыточному давлению. Как узнать напор при известных показаниях манометра в кгс/см2? Достаточно просто умножить их на 10: одна избыточная атмосфера способно поднять водяной столб на 10 метров.

Таблица перевода некоторых единиц измерения.

Таблица перевода единиц измерения давления

Помимо конвертеров, существуют и таблицы перевода, где по вертикали выбирается одна величина, а по горизонтали другая. На пересечении строки и столбца обнаруживается искомое значение.

Ниже самые популярные переводы:

бар = 100 кПа бар = 1 техн. атм (at) бар = 750 мм рт. столба бар = 0,1 МПа бар = 1,0197 кГс/см 2

Таблицы могут быть двух видов:

Мультисистемные служат для определения соотношения между разными единицами измерения в любом сочетании. В этом случае таблица заполняется коэффициентами пересчёта.

Например, если выбрать строку «фунт на квадратный дюйм» (psi) и столбец «килопаскаль» (кПА), то на пересечении можно увидеть, что одному psi соответствует 6,895 кПА. Для дальнейших вычислений придётся воспользоваться операциями умножения или деления на калькуляторе.

Таблицы для выражения конкретных значений в одних единицах через другие. Обычно там числа располагаются парами, в определённом диапазоне от минимального давления до максимального, на который рассчитана данная таблица.

Результат получается с некоторой погрешностью, поскольку при выборе нужного числа приходится применять округление до ближайшего табличного значения. Чем больше в таблице пар чисел, тем точность выше. Практически высокая точность и не требуется.

Табличный метод излишне громоздок, поэтому устарел, расчёт с помощью конвертеров величин куда точнее и быстрее, а форма занимает меньше места на экране. Но при отсутствии электронных средств остаются только таблицы, они могут иметь бумажное исполнение, а считать на логарифмической линейке или в уме сейчас мало кто умеет и желает.

Давление. Перевод единиц измерения давления. Таблица соотношения единиц давления.

относится к числу распространенных измеряемых физических величин. Контроль за протеканием большинства технологических процессов в тепловой и атомной энергетике, металлургии, химии связан с
измерением давления
или разности давлений газовых и жидких сред.

Давление — широкое понятие, характеризующее нормально распределенную силу, действующую со стороны одного тела на единицу поверхности другого. Если действующая среда — жидкость или газ, то давление, характеризуя внутреннюю энергию среды, является одним из основных параметров состояния. Единица измерения давления

в системе СИ — Паскаль (Па), равный давлению, создаваемому силой в один ньютон, действующей на площадь в один квадратный метр (Н/м2). Широко применяются кратные единицы кПа и МПа. Допускается использование таких единиц, как
килограмм-сила на квадратный сантиметр
(кгс/см2) и
квадратный метр
(кгс/м2), последняя численно равна
миллиметру водяного столба
(мм вод. ст.). В таблице 1 приведены перечисленные единицы давления и соотношения между ними, перевод и соотношение единиц измерения давления. В зарубежной литературе встречаются следующие единицы измерения давления: 1 inch = 25,4 мм вод. ст., 1 psi = 0,06895 бар.

Таблица 1. Единицы измерения давления. Перевод, преобразование единиц измерения давления.

Воспроизведение единицы измерения давления с наивысшей точностью в области избыточных давлений 106…2,5 * 108 Па осуществляется первичным эталоном, включающим грузопоршневые манометры, специальный набор мер массы и установку для поддержания давления. Для воспроизведения единицы давления вне указанного диапазона от 10-8 до 4 * 105 Па и от 109 до 4 * 106, а также разности давлений до 4 * 106 Па используются специальные эталоны. Передача единицы измерения давления от эталонов рабочим средствам измерения выполняется многоступенчато. Последовательность и точность передачи единицы измерения давления к рабочим средствам с указанием способов поверки и сравнения показаний определяются общегосударственными поверочными схемами (ГОСТ 8.017-79, 8.094-73, 8.107-81, 8.187-76, 8.223-76). Поскольку на каждой ступени передачи единицы измерения погрешности возрастают в 2,5—5 раз, то соотношение между погрешностями рабочих средств измерения давления и первичного эталона составляют 1022… 103.

При измерениях различают абсолютное, избыточное и вакуумметрическое давление. Под абсолютным давлением

P, понимают полное давление, которое равно сумме атмосферного давления Pат и избыточного Ри:

Понятие вакуумметрического давления

вводится при измерении давления ниже атмосферного: Рв = Рат — Ра. Средства измерения, предназначенные для измерения давления и разности давлений, называются
манометрами
. Последние подразделяются на барометры, манометры избыточного давления, вакуумметры и манометры абсолютного давления в зависимости от измеряемого ими соответственно атмосферного давления, избыточного давления, вакуумметрического давления и абсолютного давлений. Манометры, предназначенные для измерения давления или разрежения в диапазоне до 40 кПа (0,4 кгс/см2), называются напоромерами и тягомерами. Тягонапоромеры имеют двустороннюю шкалу с пределами измерения до ± 20 кПа (± 0,2 кгс/см2). Дифференциальные манометры применяются для измерения разности давлений.

Какие единицы давления переводят чаще всего

При работе с автомобилями импортного производства приходится иметь дело с единицами совершенно непривычными, особенно это касается фунтов на квадратный дюйм (psi). Тут быстро сообразить в уме сколько это будет в привычных барах (bar) или атмосферах (атм) неподготовленному человеку затруднительно.

Даже если ему всё понятно с фунтом и дюймом, то с их сочетанием попадают в тупик. Приходится заглядывать в таблицы или специализированные калькуляторы. С прочими единицами ситуация не лучше.

Сколько бар в 1 МПа

Бар – единица внесистемная, но поскольку он примерно равен одной атмосфере, то сложностей не возникает, а незначительные погрешности почти всегда ни на что не влияют. Но если точно, то бар – это десять ньютон на квадратный сантиметр, то есть 0,1 мегапаскаля (МПа).

Поскольку паскаль – это один ньютон на квадратный метр, чисто системная единица в международной системе СИ. Значит в одном МПа точно 10 бар.

Сколько бар в 1 атмосфере

Строго говоря, атмосфера, как единица измерения давления, может быть технической или физической. Техническая точно равна одной килограмм-силе на квадратный сантиметр (кгс/см2), физическая чуть больше за счёт неравенства между килограмм-силой и десятком ньютон.

Разница получается из-за того, что связь между ньютоном и килограмм-силой выводится через ускорение свободного падения на уровне моря, а это не ровно 10, а примерно 9,87. То есть в 1 технической атмосфере (1 at) примерно 0,98 бар, а в физической (1 атм) – 1,013 бар. Такими ошибками всегда можно пренебречь, как и разницей между обеими атмосферными единицами.

Единицы измерения давления

Единица измерения давления в СИ- паскаль (русское обозначение: Па; международное: Pa) = Н/м2

Подробный список единиц давления:

Источник

Физика (7 класс)/Давление

Содержание

Давление. Единицы давления.

По рыхлому снегу человек идёт с большим трудом, глубоко проваливаясь при каждом шаге. Но, надев лыжи, он может идти, почти не проваливаясь в него. Почему? На лыжах или без лыж человек действует на снег с одной и той же силой, равной своему весу. Однако действие этой силы в обоих случаях различно, потому что различна площадь поверхности, на которую давит человек, с лыжами и без лыж. Площадь поверхности лыж почти в 20 раз больше площади подошвы. Поэтому, стоя на лыжах, человек действует на каждый квадратный сантиметр площади поверхности снега с силой, в 20 раз меньшей, чем стоя на снегу без лыж.

Ученик, прикалывая кнопками газету к доске, действует на каждую кнопку с одинаковой силой. Однако кнопка, имеющая более острый конец, легче входит в дерево.

Значит, результат действия силы зависит не только от её модуля, направления и точки приложения, но и от площади той поверхности, к которой она приложена (перпендикулярно которой она действует).

Этот вывод подтверждают физические опыты.

По углам небольшой доски надо вбить гвозди. Сначала гвозди, вбитые в доску, установим на песке остриями вверх и положим на доску гирю. В этом случае шляпки гвоздей лишь незначительно вдавливаются в песок. Затем доску перевернем и поставим гвозди на острие. В этом случае площадь опоры меньше, и под действием той же силы гвозди значительно углубляются в песок.

От того, какая сила действует на каждую единицу площади поверхности, зависит результат действия этой силы.

В рассмотренных примерах силы действовали перпендикулярно поверхности тела. Вес человека был перпендикулярен поверхности снега; сила, действовавшая на кнопку, перпендикулярна поверхности доски.

Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности, называется давлением.

Чтобы определить давление, надо силу, действующую перпендикулярно поверхности, разделить на площадь поверхности:

давление = сила / площадь.

Тогда получим формулу:

Понятно, что бóльшая по значению сила, действующую на ту же площадь, будет производить большее давление.

За единицу давления принимается такое давление, которое производит сила в 1 Н, действующая на поверхность площадью 1 м 2 перпендикулярно этой поверхности.

Используется также другие единицы давления: гектопаскаль (гПа) и килопаскаль (кПа).

Запишем условие задачи и решим её.

В единицах СИ: S = 0,03 м 2

P = 9,8 Н · 45 кг ≈ 450 Н,

p = 450/0,03 Н / м 2 = 15000 Па = 15 кПа

‘Ответ’: p = 15000 Па = 15 кПа

Способы уменьшения и увеличения давления.

В зависимости от того, нужно ли получить малое или большое давление, площадь опоры увеличивается или уменьшается. Например, для того, чтобы грунт мог выдержать давление возводимого здания, увеличивают площадь нижней части фундамента.

Шины грузовых автомобилей и шасси самолетов делают значительно шире, чем легковых. Особенно широкими делают шины у автомобилей, предназначенных для передвижения в пустынях.

Тяжелые машины, как трактор, танк или болотоход, имея большую опорную площадь гусениц, проходят по болотистой местности, по которой не пройдет человек.

p = 50 Н/ 0, 000 001 м 2 = 50 000 000 Па = 50 000 кПа.

Для сравнения, это давление в 1000 раз больше давления, производимого гусеничным трактором на почву. Можно найти еще много таких примеров.

Лезвие режущих и острие колющих инструментов (ножей, ножниц, резцов, пил, игл и др.) специально остро оттачивается. Заточенный край острого лезвия имеет маленькую площадь, поэтому при помощи даже малой силы создается большое давление, и таким инструментом легко работать.

Давление

Мы уже знаем, что газы, в отличие от твердых тел и жидкостей, заполняют весь сосуд, в котором находятся. Например, стальной баллон для хранения газов, камера автомобильной шины или волейбольный мяч. При этом газ оказывает давление на стенки, дно и крышку баллона, камеры или любого другого тела, в котором он находится. Давление газа обусловлено иными причинами, чем давление твердого тела на опору.

Известно, что молекулы газа беспорядочно движутся. При своем движении они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором находится газ. Молекул в газе много, поэтому и число их ударов очень велико. Например, число ударов молекул воздуха, находящегося в комнате, о поверхность площадью 1 см 2 за 1 с выражается двадцатитрехзначным числом. Хотя сила удара отдельной молекулы мала, но действие всех молекул на стенки сосуда значительно, — оно и создает давление газа.

Итак, давление газа на стенки сосуда (и на помещенное в газ тело) вызывается ударами молекул газа.

Рассмотрим следующий опыт. Под колокол воздушного насоса поместим резиновый шарик. Он содержит небольшое количество воздуха и имеет неправильную форму. Затем насосом откачиваем воздух из-под колокола. Оболочка шарика, вокруг которой воздух становится все более разреженным, постепенно раздувается и принимает форму правильного шара.

Как объяснить этот опыт?

В нашем опыте движущиеся молекулы газа непрерывно ударяют о стенки шарика внутри и снаружи. При откачивании воздуха число молекул в колоколе вокруг оболочки шарика уменьшается. Но внутри шарика их число не изменяется. Поэтому число ударов молекул о внешние стенки оболочки становится меньше, чем число ударов о внутренние стенки. Шарик раздувается до тех пор, пока сила упругости его резиновой оболочки не станет равной силе давления газа. Оболочка шарика принимает форму шара. Это показывает, что газ давит на ее стенки по всем направлениям одинаково. Иначе говоря, число ударов молекул, приходящихся на каждый квадратный сантиметр площади поверхности, по всем направлениям одинаково. Одинаковое давление по всем направлениям характерно для газа и является следствием беспорядочного движения огромного числа молекул.

Попытаемся уменьшить объем газа, но так, чтобы масса его осталась неизменной. Это значит, что в каждом кубическом сантиметре газа молекул станет больше, плотность газа увеличится. Тогда число ударов молекул о стенки увеличится, т. е. возрастет давление газа. Это можно подтвердить опытом.

На рисунке а изображена стеклянная трубка, один конец которой закрыт тонкой резиновой пленкой. В трубку вставлен поршень. При вдвигании поршня объем воздуха в трубке уменьшается, т. е. газ сжимается. Резиновая пленка при этом выгибается наружу, указывая на то, что давление воздуха в трубке увеличилось.

Итак, при уменьшении объема газа его давление увеличивается, а при увеличении объема давление уменьшается при условии, что масса и температура газа остаются неизменными.

Следовательно, давление газа в закрытом сосуде тем больше, чем выше температура газа, при условии, что масса газа и объем не изменяются.

Из этих опытов можно сделать общий вывод, что давление газа тем больше, чем чаще и сильнее молекулы ударяют о стенки сосуда.

Закон Паскаля.

В отличие от твердых тел отдельные слои и мелкие частицы жидкости и газа могут свободно перемещаться относительно друг друга по всем направлениям. Достаточно, например, слегка подуть на поверхность воды в стакане, чтобы вызвать движение воды. На реке или озере при малейшем ветерке появляется рябь.

Подвижностью частиц газа и жидкости объясняется, что давление, производимое на них, передается не только в направлении действия силы, а в каждую точку. Рассмотрим это явление подробнее.

На рисунке, а изображен сосуд, в котором содержится газ (или жидкость). Частицы равномерно распределены по всему сосуду. Сосуд закрыт поршнем, который может перемещаться вверх и вниз.

Прилагая некоторую силу, заставим поршень немного переместиться внутрь и сжать газ (жидкость), находящийся непосредственно под ним. Тогда частицы (молекулы) расположатся в этом месте более плотно, чем прежде(рис, б). Благодаря подвижности частицы газа будут перемещаться по всем направлениям. Вследствие этого их расположение опять станет равномерным, но более плотным, чем раньше (рис, в). Поэтому давление газа всюду возрастет. Значит, добавочное давление передается всем частицам газа или жидкости. Так, если давление на газ (жидкость) около самого поршня увеличится на 1 Па, то во всех точках внутри газа или жидкости давление станет больше прежнего на столько же. На 1 Па увеличится давление и на стенки сосуда, и на дно, и на поршень.

Давление, производимое на жидкость или газ, передается на любую точку одинаково во всех направлениях.

Это утверждение называется законом Паскаля.

На основе закона Паскаля легко объяснить следующие опыты.

На рисунке изображен полый шар, имеющий в различных местах небольшие отверстия. К шару присоединена трубка, в которую вставлен поршень. Если набрать воды в шар и вдвинуть в трубку поршень, то вода польется из всех отверстий шара. В этом опыте поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем, уплотняясь, передают его давление другим слоям, лежащим глубже. Таким образом, давление поршня передается в каждую точку жидкости, заполняющей шар. В результате часть воды выталкивается из шара в виде одинаковых струек, вытекающих из всех отверстий.

Если шар заполнить дымом, то при вдвигании поршня в трубку из всех отверстий шара начнут выходить одинаковые струйки дыма. Это подтверждает, что и газы передают производимое на них давление во все стороны одинаково.

Давление в жидкости и газе.

На жидкости, как и на все тела на Земле, действует сила тяжести. Поэтому, каждый слой жидкости, налитой в сосуд, своим весом создает давление, которое по закону Паскаля передается по всем направлениям. Следовательно, внутри жидкости существует давление. В этом можно убедиться на опыте.

В стеклянную трубку, нижнее отверстие которой закрыто тонкой резиновой пленкой, нальем воду. Под действием веса жидкости дно трубки прогнется.

Опыт показывает, что, чем выше столб воды над резиновой пленкой, тем больше она прогибается. Но всякий раз после того, как резиновое дно прогнулось, вода в трубке приходит в равновесие (останавливается), так как, кроме силы тяжести, на воду действует сила упругости растянутой резиновой пленки.

Источник