ความดัน

ความดัน (; สัญลักษณ์ "p" หรือ "P") เป็นปริมาณชนิดหนึ่งในทางฟิสิกส์ หมายถึง อัตราส่วนระหว่างแรงที่กระทำตั้งฉากซึ่งทำโดยของแข็ง ของเหลว หรือแก๊ส ต่อพื้นที่ของสารใด ๆ (ของแข็ง ของเหลว หรือแก๊ส) ความดันเป็นปริมาณสเกลาร์ ซึ่งเป็นปริมาณที่มีแต่ขนาดไม่มีทิศทาง จากความหมายของความดันข้างต้นสามารถเขียนเป็นสูตรคณิตศาสตร์ (โดยทั่วไป) ได้ดังนี้

กำหนดให้

เนื่องจาก "F" มีหน่วยเป็น "นิวตัน" (N) และ "A" มีหน่วยเป็น "ตารางเมตร" (m) ความดันจึงมีหน่วยเป็น "นิวตันต่อตารางเมตร" (N/m; เขียนในรูปหน่วยฐานว่า kg·m·s) ในปี ค.ศ. 1971 (พ.ศ. 2514) มีการคิดค้นหน่วยของความดันขึ้นใหม่ เรียกว่า ปาสกาล (pascal, Pa) และกำหนดให้หน่วยชนิดนี้เป็นหน่วยเอสไอสำหรับความดัน โดยให้ 1 ปาสกาลมีค่าเท่ากับ 1 นิวตันต่อตารางเมตร (หรือ แรง 1 นิวตัน กระทำตั้งฉากกับพื้นที่ขนาด 1 ตารางเมตร) เพื่อให้เห็นภาพ ความดัน 1 ปาสกาลจะมีค่าประมาณ แรงกดของธนบัตรหนึ่งดอลลาร์ที่วางอยู่เฉย ๆ บนโต๊ะราบ ซึ่งนับว่าเป็นขนาดที่เล็กมาก ดังนั้นในชีวิตประจำวัน ความดันทั้งหลายมักมีค่าตั้งแต่ "กิโลปาสกาล" (kPa) ขึ้นไป โดยที่ 1 kPa = 1000 Pa

หน่วยของความดันนอกจากปาสคาลแล้ว ยังมีหน่วยชนิดอื่น ๆ เช่น บาร์, บรรยากาศ (atm), เอที, ทอร์, ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) เป็นต้น ขึ้นอยู่กับการใช้ในแต่ละสถานการณ์ ค่าเปรียบเทียบของหน่วยแต่ละชนิดแสดงในตาราง

เมื่อของไหล (ความดันบรรยากาศ (atmospheric pressure)

ความดันบรรยากาศคือความดันของบรรยากาศของโลก หรือคือความดันของอากาศในชั้นบรรยากาศต่ำสุดซึ่งเป็นชั้นที่มนุษย์อาศัยอยู่ ความดันนี้จะแปรเปลี่ยนไปตามสภาพอากาศและความสูงจากพื้นดิน ที่ระดับน้ำทะเล ความดันบรรยากาศจะมีค่า (โดยเฉลี่ย) เป็น 101,325 Pa เราเรียกว่า 1 atmosphere (atm) เขียนแทนด้วย นั่นคือ

ข้อสังเกต: “ความดัน” กับ “แรง” แตกต่างกัน ความดันของของไหลกระทำในทิศตั้งฉากกับพื้นผิวใด ๆ เสมอ ไม่ว่าพื้นผิวนั้นจะวางอยู่ในของไหลนั้นอย่างไร ดังนั้นความดันเป็นปริมาณสเกลล่าร์ ในทางตรงกันข้าม แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ ในการบอกแรงต้องบอกทั้งขนาดและทิศทางของมัน จำไว้ว่าความดันคือแรงตั้งฉากต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ไม่ว่าจะเป็นก๊าซหรือของเหลว) อยู่นิ่ง มันจะออกแรงกระทำในแนวตั้งฉาก กับพื้นผิวที่มันสัมผัสอยู่ เช่นผนังของภาชนะ หรือผิวของวัตถุที่จมอยู่ในของไหลนั้น นี่คือแรงที่เรารู้สึกว่า มันกดอยู่บนขาของเราในขณะที่เราแกว่งขาอยู่ในน้ำ ถึงแม้ว่า ในขณะที่ของไหลอยู่นิ่งกับที่ โมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็นของไหลนั้น กำลังเคลื่อนที่อยู่ แรงที่ของไหลกระทำนี้ เกิดจากการที่โมเลกุล เคลื่อนที่ชนกันและชนกับสิ่งที่แวดล้อมที่พวกมันอยู่

ความดันมีหลายชนิด ตัวอย่างเช่น

1.  ของเหลวที่บรรจุอยู่ในภาชนะ  จะออกแรงดันต่อผนังภาชนะที่สัมผัสกับของเหลวในทุกทิศทาง  โดยจะตั้งฉากกับผนังภาชนะเสมอ

2.  ทุก ๆ จุดในของเหลว  จะมีแรงดันกระทำต่อจุดนั้นทุกทิศทุกทาง

3.  สำหรับของเหลวชนิดเดียวกันความดันของของเหลวจะเพิ่มขึ้นตามความลึก  และที่ระดับความลึกเท่ากันความดันของเหลวจะเท่ากัน

4.  ในของเหลวต่างชนิดกัน  ณ  ความลึกเท่ากัน  ความดันของของเหลวจะขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของของเหลวนั้น

1.  การดูดน้ำออกจากขวดโดยใช้หลอดดูด

2.  การดูดของเหลวเข้าหลอดหยดหรือเข็มฉีดยา

3.  การเจาะกระป๋องนมต้องเจาะ 2 รู เพื่อให้อากาศในกระป๋องนมมีความดันอากาศเท่ากับความดัน

ภายนอกกระป๋องนมทำให้สามารถเทนมออกจากกระป๋องนมได้

4.  การถ่ายของเหลวโดยสายยางจากภาชนะหนึ่งไปยังอีกภาชนะหนึ่งที่อยู่ต่างระดับกัน เรียกว่า กาลักน้ำ

5.  การใช้แป้นยางดูดติดกับกระจกเพื่อยึดสิ่งของให้ติดกับกระจก เนื่องจากความดันอากาศภายนอก

ความดันอากาศภายในแป้นยาง จึงกดหัวแป้นยางให้ดูดติดกับกระจก

1.  ความลึกของของเหลว

–  ของเหลวไม่ว่าจะอยู่ในภาชนะรูปร่างใดก็ตาม ถ้าที่ระดับความลึกเดียวกัน ความดันของของเหลวจะเท่ากัน

–  แต่ถ้าระดับความลึกต่างกัน ของเหลวที่อยู่ระดับลึกกว่า จะมีความดันมากกว่า

2.  ความหนาแน่นของของเหลว

ของเหลวต่างชนิดกันจะมีความดันต่างกัน โดยของเหลวที่มีความหนาแน่นมาก จะมีความดันสูงกว่าของเหลวที่มีความหนาแน่นน้อย

ในภาชนะที่บรรจุของเหลวจะมีแรงจากของเหลว มากระทำให้ทิศตั้งฉากกับพื้นที่ผิวภาชนะที่ของเหลวสัมผัส ขนาดของแรงที่ของเหลวกระทำ หาได้จาก ผลคูณระหว่างความดันในของเหลวกับพื้นที่ที่ของเหลวสัมผัส แต่เนื่องจากบางกรณีความดันไม่คงที่ อาจเนื่องมาจากความลึกไม่สม่ำเสมอ