Definizione di pressione, unità ed esempi

Cosa significa pressione nella scienza

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Nella scienza, pressione è una misura della forza per unità di area. Il SI unità di pressione è il pascal (Pa), che è equivalente a N/m^Due(newton per metro quadrato).

Esempio di base

Se avessi 1 newton (1 N) di forza distribuita su 1 metro quadrato (1 m^Due), allora il risultato è 1 N/1 m^Due= 1 N/m^Due= 1 Pa. Ciò presuppone che la forza sia diretta perpendicolarmente alla superficie.

Se aumentassi la quantità di forza ma la applicassi sulla stessa area, la pressione aumenterebbe proporzionalmente. Una forza di 5 N distribuita sulla stessa area di 1 metro quadrato sarebbe 5 Pa. Tuttavia, se espandessi anche la forza, scopriresti che la pressione aumenta in un proporzione inversa all'aumento della superficie.

Se avessi 5 N di forza distribuita su 2 metri quadrati, otterresti 5 N/2 m^Due= 2,5 N/m^Due= 2,5 Pa.

Unità di pressione

Una barra è un'altra unità metrica di pressione, sebbene non sia l'unità SI. È definito come 10.000 Pa. È stato creato nel 1909 dal meteorologo britannico William Napier Shaw.

Pressione atmosferica , spesso indicato come p_un , è la pressione dell'atmosfera terrestre. Quando sei fuori in aria, la pressione atmosferica è la forza media di tutta l'aria sopra e intorno a te che spinge sul tuo corpo.

Il valore medio della pressione atmosferica al livello del mare è definito come 1 atmosfera, ovvero 1 atm. Trattandosi di una media di una grandezza fisica, la magnitudo può variare nel tempo in base a metodi di misurazione più precisi o eventualmente a causa di effettivi cambiamenti nell'ambiente che potrebbero avere un impatto globale sulla pressione media dell'atmosfera.

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

Come funziona la pressione

Il concetto generale di forza viene spesso trattato come se agisse su un oggetto in modo idealizzato. (Questo è in realtà comune per la maggior parte delle cose nella scienza, e in particolare nella fisica, mentre creiamo modelli idealizzati per evidenziare i fenomeni a cui prestiamo particolare attenzione e ignoriamo quanti più fenomeni possiamo ragionevolmente.) In questo approccio idealizzato, se diciamo che una forza sta agendo su un oggetto, disegniamo una freccia che indica la direzione della forza, e agire come se la forza stesse avvenendo in quel punto.

In realtà, però, le cose non sono mai così semplici. Se spingi una leva con la mano, la forza è effettivamente distribuita sulla tua mano e sta spingendo contro la leva distribuita su quell'area della leva. Per rendere le cose ancora più complicate in questa situazione, la forza non è quasi certamente distribuita in modo uniforme.

È qui che entra in gioco la pressione. I fisici applicano il concetto di pressione per riconoscere che una forza è distribuita su una superficie.

Sebbene possiamo parlare di pressione in una varietà di contesti, una delle prime forme in cui il concetto è entrato in discussione all'interno della scienza è stata la considerazione e l'analisi dei gas. Ben prima del scienza della termodinamica fu formalizzato nel 1800, si riconobbe che i gas, quando riscaldati, esercitavano una forza o pressione sull'oggetto che li conteneva. Il gas riscaldato è stato utilizzato per la levitazione delle mongolfiere a partire dall'Europa nel 1700, e la civiltà cinese e di altre civiltà aveva fatto scoperte simili ben prima. Il 1800 vide anche l'avvento del motore a vapore (come raffigurato nell'immagine associata), che utilizza la pressione accumulata all'interno di una caldaia per generare movimento meccanico, come quello necessario per spostare un battello fluviale, un treno o un telaio di fabbrica.

Questa pressione ha ricevuto la sua spiegazione fisica con il teoria cinetica dei gas , in cui gli scienziati si sono resi conto che se un gas conteneva un'ampia varietà di particelle (molecole), la pressione rilevata potrebbe essere rappresentata fisicamente dal movimento medio di tali particelle. Questo approccio spiega perché la pressione è strettamente correlata ai concetti di calore e temperatura, che sono anche definiti come movimento delle particelle usando la teoria cinetica. Un caso particolare di interesse per la termodinamica è l'an processo isobarico , che è una reazione termodinamica in cui la pressione rimane costante.

A cura diAnne Marie Helmenstine, Ph.D.