Drukdefinitie, eenheden en voorbeelden

Wat druk betekent in de wetenschap

Geen advertenties/Getty Images

In de wetenschap, druk is een maat voor de kracht per oppervlakte-eenheid. De JA eenheid van druk is de pascal (Pa), wat overeenkomt met N/m^twee(newton per vierkante meter).

Basisvoorbeeld

Als u 1 Newton (1 N) kracht had verdeeld over 1 vierkante meter (1 m .)^twee), dan is het resultaat 1 N/1 m^twee= 1 N/m^twee= 1 Pa. Dit veronderstelt dat de kracht loodrecht op het oppervlak is gericht.

Als u de hoeveelheid kracht zou vergroten maar deze over hetzelfde gebied uitoefende, zou de druk proportioneel toenemen. Een kracht van 5 N verdeeld over hetzelfde oppervlak van 1 vierkante meter zou 5 Pa zijn. Als je echter ook de kracht zou uitbreiden, zou je zien dat de druk toeneemt in een omgekeerde verhouding om het gebied te vergroten.

Als je 5 N kracht verdeeld over 2 vierkante meter had, zou je 5 N/2 m . krijgen^twee= 2,5 N/m^twee= 2,5Pa.

Druk eenheden

Een bar is een andere metrische drukeenheid, hoewel het niet de SI-eenheid is. Het wordt gedefinieerd als 10.000 Pa. Het werd in 1909 gecreëerd door de Britse meteoroloog William Napier Shaw.

Luchtdruk , vaak genoteerd als p_a , is de druk van de aardatmosfeer. Als je buiten in de lucht staat, is de atmosferische druk de gemiddelde kracht van alle lucht boven en om je heen die op je lichaam drukt.

De gemiddelde waarde voor de atmosferische druk op zeeniveau wordt gedefinieerd als 1 atmosfeer of 1 atm. Aangezien dit een gemiddelde is van een fysieke grootheid, kan de grootte in de loop van de tijd veranderen op basis van nauwkeurigere meetmethoden of mogelijk als gevolg van daadwerkelijke veranderingen in de omgeving die een wereldwijde impact kunnen hebben op de gemiddelde druk van de atmosfeer.

• 1 Pa = 1 N/m^twee
• 1 bar = 10.000 Pa
• 1 atm ≈ 1.013 × 10⁵Pa = 1,013 bar = 1013 millibar

Hoe druk werkt

Het algemene concept van kracht wordt vaak behandeld alsof het op een geïdealiseerde manier op een object inwerkt. (Dit is eigenlijk gebruikelijk voor de meeste dingen in de wetenschap, en met name de natuurkunde, terwijl we creëren) geïdealiseerde modellen om de verschijnselen te benadrukken, besteden we specifieke aandacht aan en negeren we zoveel mogelijk andere verschijnselen als we redelijkerwijs kunnen.) In deze geïdealiseerde benadering, als we zeggen dat er een kracht op een object werkt, tekenen we een pijl die de richting van de kracht aangeeft, en handel alsof de kracht op dat moment allemaal plaatsvindt.

In werkelijkheid zijn de dingen echter nooit zo eenvoudig. Als u met uw hand op een hendel drukt, wordt de kracht in feite over uw hand verdeeld en duwt u tegen de hendel die over dat gebied van de hendel is verdeeld. Om het in deze situatie nog ingewikkelder te maken, is de kracht vrijwel zeker niet gelijkmatig verdeeld.

Hier komt druk om de hoek kijken. Natuurkundigen passen het concept van druk toe om te herkennen dat een kracht over een oppervlak wordt verdeeld.

Hoewel we in verschillende contexten over druk kunnen praten, was een van de vroegste vormen waarin het concept in de wetenschap ter discussie kwam, het overwegen en analyseren van gassen. ruim voor de wetenschap van de thermodynamica werd geformaliseerd in de jaren 1800, werd erkend dat gassen, wanneer ze werden verwarmd, een kracht of druk uitoefenden op het object dat ze bevatte. Verwarmd gas werd gebruikt voor het laten zweven van heteluchtballonnen vanaf de 18e eeuw in Europa, en de Chinese en andere beschavingen hadden al lang daarvoor soortgelijke ontdekkingen gedaan. De jaren 1800 zagen ook de komst van de stoommachine (zoals afgebeeld in de bijbehorende afbeelding), die de druk die in een ketel is opgebouwd gebruikt om mechanische beweging te genereren, zoals die nodig is om een ​​rivierboot, trein of fabrieksweefgetouw te verplaatsen.

Deze druk kreeg zijn fysieke verklaring met de kinetische theorie van gassen , waarin wetenschappers zich realiseerden dat als een gas een grote verscheidenheid aan deeltjes (moleculen) bevat, de gedetecteerde druk fysiek kan worden weergegeven door de gemiddelde beweging van die deeltjes. Deze benadering verklaart waarom druk nauw verband houdt met de concepten warmte en temperatuur, die ook worden gedefinieerd als beweging van deeltjes met behulp van de kinetische theorie. Een bijzonder interessant geval in de thermodynamica is een isobaar proces , wat een thermodynamische reactie is waarbij de druk constant blijft.

Bewerkt doorAnne Marie Helmenstine, Ph.D.