Hur fungerar manometrar?

När du kollar vädret, om du är som de flesta andra, det som intresserar dig mest är de saker som dikterar din klänning: Huruvida nederbörd av något slag sannolikt kommer att falla från himlen under din exponering utomhus, vilken lufttemperatur är och om det blåser.

Beroende på var du live och tiden på året kan du också kontrollera (ibland med rädsla) för att se den relativa fuktighetsnivån, för att se till att du är tillräckligt hydrerad för den svettning som sannolikt kommer att följa med en hög läsning.

De flesta människor är medvetna om fenomenet atmosfäriskt (vanligtvis kallat barometriskt) tryck eftersom de hör det nämnas som ett standardinslag i väderprognoser, men de flesta gör det inte t komma så långt som att undersöka vad förhållandet är, och varför luften upplever tryckförändringar överhuvudtaget. Blåser inte vindar horisontellt, medan trycket mäts uppifrån som ett slags ”knuffande”?

Tryck är en kvantitet inom fysiken som gäller nästan alla tänkbara fysiska processer. Det relaterar kraft F till område A i en mängd sammanhang, uttrycks och definieras matematiskt i sin enklaste form som P = F/A. Det spelar en särskilt viktig roll inom området vätskedynamik. (En vätska består av materia i vätska eller gastillstånd.) Atmosfären runt dig är en vätska, och den utövar mycket mer tryck på dig och allt annat än du kanske tror.

Vad är tryck?

Formellt är tryck ett mått på effekten av spridningen av kraft (uppmätt i newton, eller N, i det internationella standardmätsystemet) över någon verklig eller matematiskt definierad yta (mätt i kvadratmeter eller m2). Du kanske redan har stött på fysikproblem där en kraft (som gravitation, eller du själv) verkar på och förflyttar ett föremål med massa, men trycket är annorlunda genom att det i själva verket beskriver utspädningen eller koncentrationen av kraft.

Föreställ dig två olika solida lådor, var och en med en volym V av 10 m3(kubikmeter) och fylld med ett enhetligt fast material med en densitet ρ hälften av vatten, eller 0,5 kg/L, eller (500 kg/m3). Den ena lådan är 1 m lång, 1 m bred och 10 m hög, medan den andra är 2,5 m lång, 2,5 m bred och 1,6 m hög. Ingen av lådorna ska vridas från sin position. Om du ville vara säker på att en uråldrig närliggande plattform skulle kunna stödja antingen box, men kunde bara välja en av de två för att bekräfta detta, vilken skulle du välja?
Massorna av föremålen är desamma eftersom deras volymer och densiteter är samma (ρ = m/V, så m = ρV = (500 kg/m3)(10 m3) = 5 000 kg. Givet att accelerationen på grund av gravitationen på jordens yta är 9,8 m/s 2, är kraften (eller vikten) för varje låda därför (5 000 kg)(9,8 m/s2) = 49 000 N.Jämför dock områdena över vilka dessa respektive massor är fördelade: Den första rutan har en bas (längd gånger bredd) på 1 m × 1 m = 1 m2, medan den andra lådan har en bas på 2,5 × 2,5 = 6,25 m2

Eftersom tryck är lika med kraft dividerat med area, kommer den smala rutan, med mindre än en sjättedel av basytan att arbeta med som den andra rutan, att utöva 6,25 gånger så mycket tryck på plattformen som dess partner kommer att göra. Så om den fallfärdiga plattformen kan stödja den första lådan, bör den kunna hålla den andra ensam också – förutsatt att du kan lyfta upp dem där!

Tryckenheter och terminologi

I exemplet ovan är trycket från den första lådan på vilken yta den vilar på (49 000 N) /(1 m2) och den andra är ( 49 000 N)(6,25 m2). Tryckenheterna i standardsystemet är alltså N/m2, mer allmänt kallad pascal (Pa). Eftersom detta visar sig vara en så liten mängd i den verkliga världen är kilopascal (kPa) mycket vanligare.

Atmosfärens tryck vid jordens yta är ungefär 101 325 Pa, eller 101,3 kPa. På grund av de sätt med vilka människor bestämmer trycket är dock ett antal andra enheter i dagligt bruk. En är torr, även känd som millimeter kvicksilver (mm Hg). (Alla kuriosa du har om varför denna metall valdes kommer att tillfredsställas inom ett ögonblick.) 101,3 kPa, även kallad 1 atm för referens, motsvarar 760 torr enligt denna standard. Eftersom 1 tum = 25,4 mm, 760 mm Hg = (760/ 25,4) =

29,92 i Hg

. Slutligen, 1 millibar = 0,001 atm, så atmosfärstryck i millibar = 1 013 mbar.

Till sist, vad sägs om dessa pund per kvadrattum (psi eller lb/in

2) används vanligtvis för att mäta däcktrycket i USA? Efter att ha anropat omvandlingarna mellan lb och kg och mellan in och m, kan du visa att 101,3 kPa = 14,7 lb/in

2. Med tanke på att det rekommenderade minimitrycket för bildäck endast är cirka 30 psi, vad tyder detta på om din intuition angående luftens ”försumbara” vikt, och därmed trycket?

Hur tryck mäts En manometerär en anordning som mäter lufttrycket med hjälp av en behållare med ett ”U”-format rör öppet i ena eller båda ändarna. I en stängd manometer införs ett gasprov i ena änden, som sedan försluts. Sedan hälls en vätska med känd densitet i den andra änden. Vätskan kommer att sluta röra sig när trycket från gasen som fångas mellan locket och vätskan tillsammans med trycket i botten av vätskekolonnen på den sidan matchar lufttrycket plus trycket från vätskekolonnen på den öppna sidan.

Höjden av vätskan på den öppna sidan blir högre på den sidan när lufttrycket är lägre än gastrycket och lägre på den öppna sidan när lufttrycket överstiger gastrycket. Du kan använda denna höjdskillnad för att beräkna gastrycket.

Eftersom P = F/A = mg/A, m = ρV och V = Ah för ett cylindriskt rör (dvs volym = area gånger höjd), kan det visas att tryck som skapas av en vertikal kolumn av vätska är ρgh, där h = höjd i meter. Detta tryck representerar den positiva eller negativa skillnaden mellan gastrycket och atmosfärstrycket.

Man- är den latinska roten för ordet som betyder hand,” vilket också är där ”manipulera” kommer från; ett enkelt sätt att förmedla begreppet tryck om det begränsas till icke-verbalt språk är att använda din hand för att försiktigt trycka mot en annan persons.

A barometer är en typ av tryckmätare som används specifikt för att mäta atmosfärstryck.

The manuell enhet som används för att mäta blodtryck i en vårdmiljö kallas en sfygmomanometer, med sphyg – översätts löst till ”klämma.” Detta beror på att en manschett måste blåsas upp mot armen till en nivå ovan kroppsblodtryck för att korrekt mäta det; de måste bokstavligen klämma din arm för att göra det.

Tryck och väder

Atmosfärstrycket är inte konstant och det varierar inom ett typiskt område precis som temperatur och andra geofysiska storheter gör. En separat diskussion i sig är detta tryck en pålitlig indikator på kommande väder. När ett lågtryckssystem kommer in i ett område blir resultatet vanligtvis moln, vind och nederbörd, medan en högtryckssystem ger vanligen rättvist och lugnt väder. (Förstår det? ”Högtryck” slutar med ”lugn” … bara i fysikens galna värld!)

Lämna ett svar

Relaterade Inlägg

  • Hur man andas när man lyfter vikter |

  • Vilka är likheterna och skillnaderna mellan ett prisma och en pyramid?

  • Vilka kemikalier rostar metall snabbt?

  • Huvuddelarna av en vulkan

  • Vilka är de långsiktiga effekterna av tornados?

  • Fossiler som är mest användbara för korrelation