Πίεση

Πίεση (διεθνές σύμβολο:  ή ) είναι το μέτρο της δύναμης που εφαρμόζεται κάθετα σε μια επιφάνεια ενός αντικειμένου ανά μονάδα εμβαδού της επιφάνειας αυτής. Η μανομετρική πίεση είναι η σχετική πίεση που εφαρμόζεται σε ένα αντικείμενο σε σύγκριση με την κανονική πίεση (1 atm).

Διάφορες μονάδες μέτρησης (δείτε παρακάτω για περισσότερες λεπτομέρειες) χρησιμοποιήθηκαν για να εκφράσουν την πίεση. Κάποιες από αυτές παράγονται από τις αντίστοιχες μονάδες μέτρησης δύναμης και επιφάνειας. Η μονάδα μέτρησης πίεσης για το Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) είναι το πασκάλ (Pa), που αντιστοιχεί σε δύναμη 1 νιούτον (N) που εφαρμόζεται ανά τετραγωνικό μέτρο (m²). Άλλη παραδοσιακή μονάδα μέτρησης πίεσης αποτελεί το psi, που αντιστοιχεί σε δύναμη 1 λίβρας (lbf) που εφαρμόζεται ανά τετραγωνική ίντσα (in2). Η πίεση εκφράζεται επίσης σε σύγκριση με την κανονική ατμοσφαιρική πίεση (atm). Χρησιμοποιήθηκαν επίσης και άλλες μονάδες μανομετρικής (συνήθως) πίεσης, όπως τα εκατοστόμετρα νερού (cmH2O), τα χιλιοστόμετρα στήλης υδραργύρου (mmHg ή Torr) και ίντσες στήλης υδραργύρου (inHg), που εκφράζουν την πίεση σε σύγκριση με αυτήν που ασκούν αντίστοιχες στήλες των αναφερόμενων ρευστών (υπό κανονική βαρύτητα).


Ορισμός
Στη φυσική με τον όρο πίεση (σύμβολο  ή ) αποκαλούμε το χαρακτηριστικό, ενός συστήματος, φυσικό μέγεθος το οποίο ισοδυναμεί με την πυκνότητα ενέργειας την οποία διαθέτει αυτό το σύστημα. Οπωσδήποτε, η πίεση δεν προϋποθέτει επιφάνεια για να είναι καλά ορισμένη, αλλά η διαδικασία μέτρησής της ανάγεται στη μέτρηση μιας δύναμης η οποία ασκείται κάθετα σε συγκεκριμένη επιφάνεια. Ως εκ τούτου, συχνά ορίζουμε ως πίεση σε επιφάνεια  το πηλίκο της δύναμης  που ασκείται κάθετα στην επιφάνεια, προς το εμβαδό αυτής της επιφάνειας:

όπου  είναι το μοναδιαίο διάνυσμα, κάθετο στην επιφάνεια . Έτσι, αν η δύναμη ασκείται υπό γωνία, το αποτέλεσμα του διανυσματικού γινομένου επιβάλει να υπολογίζεται μόνο η κάθετη στην επιφάνεια συνιστώσα της δύναμης .

Η πίεση στα στερεά
Η πίεση είναι μια εκδήλωση αλληλεπίδρασης μεταξύ συστημάτων που βρίσκονται σε επαφή. Έτσι, όταν δύο στερεά εφάπτονται ομοιόμορφα σε επιφάνεια  τότε η πίεση σ' αυτή την επιφάνεια υπολογίζεται ως το πηλίκο της δύναμης με την οποία αλληλεπιδρούν τα σώματα προς το εμβαδόν της επιφάνειας αυτής.

Για τη μελέτη της πίεσης στα στερεά χρησιμοποιείται κυρίως ο τανυστής στρέψης, μια ιδέα που ξεκίνησε από τα ιξωδικά ρευστά.

Η πίεση στα ρευστά
Τα ρευστά (αέρια και υγρά) δεν έχουν καθορισμένο σχήμα και έτσι προσαρμόζονται στο σχήμα των στερεών επιφανειών με τις οποίες εφάπτονται. Έτσι, η δύναμη λόγω πίεσης που ασκεί ένα ρευστό σε επιφάνεια είναι πάντα κάθετη στην επιφάνεια.

Όταν ένα ρευστό βρίσκεται μέσα σε πεδίο βαρύτητας, τότε η βαρυτική δύναμη του υπερκείμενου ρευστού είναι ο ουσιαστικός μηχανισμός ο οποίος καθορίζει την τιμή της πίεσης σε κάθε σημείο του ρευστού. Έτσι, ορίζουμε τη στατική ή υδροστατική πίεση η οποία αντιστοιχεί στο βάρος στήλης συγκεκριμένου ύψους και συγκεκριμένης διατομής  στήλης, η οποία περιέχει το ρευστό που μας ενδιαφέρει. Έτσι προκύπτει ο νόμος της υδροστατικής πίεσης για τα ασυμπίεστα υγρά ως:

όπου  είναι η (σταθερή) πυκνότητα του υγρού,  είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας και  είναι το ύψος από την ελεύθερη επιφάνεια του υγρού.

Η υδροστατική πίεση μετριέται από την ελεύθερη επιφάνεια, στην οποία η πραγματική πίεση δεν είναι μηδέν αλλά .

Ατμοσφαιρική πίεση
Για την πίεση της ατμόσφαιρας χρησιμοποιούμε την ίδια διαδικασία αλλά εδώ η πυκνότητα δεν είναι σταθερή, υπακούει σε μια καταστατική εξίσωση: , οπότε θα είναι:

αποτέλεσμα το οποίο εκφράζει την εκθετική πτώση της ατμοσφαιρικής πίεσης με το ύψος, υπολογιζόμενης ως υδροστατικής πίεσης συμπιεστού ρευστού. Χρησιμοποιώντας την εκθετική μείωση της πυκνότητας του αέρα με το ύψος στην ατμόσφαιρα, μπορούμε να υπολογίσουμε την υδροστατική πίεση της ατμόσφαιρας με τρόπο ανάλογο με αυτόν των υγρών.

Δυναμική πίεση
Όταν ένα ρευστό κινείται και μεταβάλλεται η κινητική του ενέργεια ή/και η ορμή του, τότε η μεταβολή αυτή εμφανίζεται ως πίεση, την οποία αποκαλούμε δυναμική πίεση. Για πρακτικούς λόγους μπορούμε να χρησιμοποιούμε κατά περίπτωση και λιγότερο δόκιμους όρους όπως η «πίεση ακτινοβολίας», αλλά όλες ανάγονται στους δύο παραπάνω αρχικούς ορισμούς, αν και τα όργανα μέτρησης λειτουργούν αντιμετωπίζοντας την πίεση ως δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας.

Μονάδες και μέτρηση της πίεσης
Μονάδα της πίεσης στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) είναι το Πασκάλ (Pa = N/m2), μονάδα η οποία έχει τις ίδιες διαστάσεις με J/m3. Η τελευταία προέρχεται από τον εναλλακτικό ορισμό της πίεσης ως πυκνότητας ενέργειας, αλλά δεν χρησιμοποιείται ως μονάδα επειδή δεν είναι πρακτικά εφικτή η μέτρηση της πίεσης με έναν τέτοιο τρόπο. Πρακτική μονάδα πίεσης είναι το bar, που ισοδυναμεί με 100.000 Pa.

Γενικά η πίεση μετριέται με ειδικά όργανα τα μανόμετρα και ειδικά για την ατμοσφαιρική πίεση, τα βαρόμετρα.
Μονάδες πίεσης είναι το Πασκάλ (Pa), η ατμόσφαιρα (atm), το χιλιοστό στήλης υδραργύρου (mmHg), το Τορ (Torr), το μπαρ (bar) και οι υποδιαιρέσεις αυτού: το μιλιμπάρ (mbar) και το μικρομπάρ (μbar).

Η μονάδα ατμόσφαιρας (atm) σήμερα ορίζεται ως 101.325 (Pa) ακριβώς.

Απόλυτη πίεση χαρακτηρίζεται εκείνη που αρχή μέτρησης έχει το τέλειο ή απόλυτο κενό.
Πραγματική πίεση χαρακτηρίζεται εκείνη που ως αρχή μέτρησης λαμβάνεται η βαρομετρική πίεση.

Συνήθεις μονάδες πίεσης
Pascal
Bar
Τεχνική Ατμόσφαιρα
Απόλυτη Ατμόσφαιρα
Torr
Pounds ανά τετραγωνική ίντσα
(Pa)
(bar)
(at)
(atm)
(Torr)
(psi)
1 Pa
1
10−5
6995101970000000000♠1.0197×10−5
6994986919999999999♠9.8692×10−6
6997750060000000000♠7.5006×10−3
6996145037700000000♠1.450377×10−4
1 bar
105
≡ 100 kPa

≡ 106 dyn/cm2
7000101970000000000♠1.0197
6999986920000000000♠0.98692
7002750069999900000♠750.06
7001145037700000000♠14.50377
1 at
7004980665000000000♠0.980665×105
6999980665000000000♠0.980665
≡ 1 kp/cm2
6999967841100000000♠0.9678411
7002735559200000000♠735.5592
7001142233400000000♠14.22334
1 atm
7005101325000000000♠1.01325×105
7000101325000000000♠1.01325
7000103319999999999♠1.0332
1
≡ 7002760000000000000♠760
7001146959500000000♠14.69595
1 Torr
7002133322399999999♠133.3224
6997133322400000000♠1.333224×10−3
6997135955100000000♠1.359551×10−3
6997131578900000000♠1.315789×10−3
≡ 1/760 atm

≈ 1 mmHg
6998193367800000000♠1.933678×10−2
1 psi
7003689480000000000♠6.8948×103
6998689480000000000♠6.8948×10−2
6998703069000000000♠7.03069×10−2
6998680460000000000♠6.8046×10−2
7001517149300000000♠51.71493
≡ 1lbF /in2

Δείτε επίσης
 Κενό
 Δύναμη
 Εμβαδό
 Όγκος
 Πίεση του αίματος

 Βιβλιογραφία 


 Αναφορές, παρατηρήσεις και σημειώσεις 

Πιεση

Κατηγορία:Θερμοδυναμικές ιδιότητες