Drukdefinitie, eenheden en voorbeelden

In de wetenschap, druk is een meting van de kracht per oppervlakte-eenheid. De SI-eenheid van druk is de pascal (Pa), die equivalent is aan N / m² (newton per vierkante meter).

Basis voorbeeld

Als u 1 newton (1 N) kracht had, verdeeld over 1 vierkante meter (1 m²), dan is het resultaat 1 N / 1 m² = 1 N / m² = 1 Pa. Dit veronderstelt dat de kracht loodrecht op het oppervlak wordt gericht.

Als u de hoeveelheid kracht zou vergroten maar over hetzelfde gebied zou uitoefenen, zou de druk evenredig toenemen. Een kracht van 5 N verdeeld over hetzelfde oppervlak van 1 vierkante meter zou 5 Pa zijn. Als u echter ook de kracht zou uitbreiden, zou u merken dat de druk in omgekeerde verhouding toeneemt met de toename van het oppervlak.

Als je 5 N kracht verdeeld over 2 vierkante meter had, zou je 5 N / 2 m krijgen² = 2,5 N / m² = 2,5 Pa.

Druk eenheden

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

Luchtdruk, vaak genoteerd als p_een, is de druk van de atmosfeer van de aarde. Wanneer 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 van een fysieke hoeveelheid is, kan de grootte in de loop van de tijd veranderen op basis van nauwkeurigere meetmethoden of mogelijk door werkelijke veranderingen in de omgeving die een wereldwijde impact op de gemiddelde druk in de atmosfeer kunnen hebben.

• 1 Pa = 1 N / m²
• 1 bar = 10.000 Pa
• 1 atm ≈ 1.013 × 10⁵ Pa = 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 werkt. (Dit is eigenlijk gebruikelijk voor de meeste dingen in de wetenschap, en met name de natuurkunde, omdat we geïdealiseerde modellen maken om de fenomenen te benadrukken waarop we specifieke aandacht schenken en zoveel mogelijk andere fenomenen negeren als we redelijkerwijs kunnen.) Als we in deze geïdealiseerde benadering stel dat een kracht op een voorwerp inwerkt, we tekenen een pijl die de richting van de kracht aangeeft en doen alsof de kracht op dat punt allemaal plaatsvindt.

In werkelijkheid zijn de dingen echter nooit zo eenvoudig. Als u met uw hand op een hendel drukt, wordt de kracht feitelijk over uw hand verdeeld en duwt deze 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.

Dit is waar druk in het spel komt. Natuurkundigen passen het concept van druk toe om te erkennen dat een kracht over een oppervlak wordt verdeeld.

Hoewel we in verschillende contexten over druk kunnen praten, was het overwegen en analyseren van gassen een van de eerste vormen waarin het concept in de wetenschap ter sprake kwam. Ruim voordat de wetenschap van de thermodynamica in de 19e eeuw werd geformaliseerd, werd erkend dat gassen bij verhitting een kracht of druk uitoefenden op het object dat ze bevatte. Verwarmd gas werd gebruikt voor het laten zweven van heteluchtballonnen vanaf 1700 in Europa, en de Chinese en andere beschavingen hadden al eerder soortgelijke ontdekkingen gedaan. De jaren 1800 zagen ook de komst van de stoommachine (zoals afgebeeld in de bijbehorende afbeelding), die de opgebouwde druk in een ketel 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) bevatte, de gedetecteerde druk fysiek kon worden vertegenwoordigd door de gemiddelde beweging van die deeltjes. Deze benadering verklaart waarom druk nauw verwant is aan de concepten warmte en temperatuur, die ook worden gedefinieerd als beweging van deeltjes met behulp van de kinetische theorie. Een specifiek geval van interesse in thermodynamica is een isobaar proces, dat is een thermodynamische reactie waarbij de druk constant blijft.

Uitgegeven door Anne Marie Helmenstine, Ph.D.