Pritisak

Притисак (тлак) је количник силе која делује нормално на површину и површине на коју сила делује нормално, што се представља формулом $p={\frac {F}{S}}\,.$ У међународном систему мерних јединица (SI) pritisak se meri paskalom (Pa), koji je definisan kao sila od 1 njutna (N) po 1 m², što se predstavlja formulom $1\,\mathrm {Pa} ={\frac {1\,\mathrm {N} }{1\,\mathrm {m^{2}} }}\,.$ U Srbiji, Zakon o mernim jedinicama i merilima, pored paskala dopušta upotrebu u javnom saobraćaju i jedinice bar (1 bar = 100.000 Pa). Upotreba ranijih jedinica kao što su atmosfera (1,013 · 10⁵ Pa) čija je oznaka atm, visina vodenog i živinog stuba (mmH₂O i mmHg) i dr. nije dopuštena Zakonom.

Притисак услед судара честица унутар затвореног суда.

U tečnostima u miru vlada hidrostatički pritisak koji zavisi od dubine i jednak je težini vertikalnog stuba tečnosti, jediničnog poprečnog preseka, iznad posmatrane tačke. Deluje u svim smerovima podjednako. Hidrodinamički pritisak se javlja u tečnostima u kretanju i zavisi od brzine tečnosti i njene gustine. Hidraulički pritisak se stvara dejstvom spoljne sile na tečnost i prenosi se na ceo sistem podjednako. Pritisak gasa uzrokovan je kretanjem njegovih molekula i zavisi od njegove gustine (specifične zapremine) i temperature je parcijalni pritisak gasova. Atmosferski pritisak potiče od težine vazduha i određen je težinom vertikalnog stuba vazduha nad jediničnom površinom. Pritisak pare tečnosti: za svaku datu temperaturu tečnosti u zatvorenom sudu formira se iznad nje zasićenja para pod pritiskom koji raste sa temperaturom. Pritisak svetlosti nastaje na osvetljenim telima. Sunčeva svetlost izaziva pritisak od 2 do 5 μРа u zavisnosti od refleksivnosti površine. Pritisak zvuka na neko telo nastaje pod dejstvom zvučnih talasa.

Merna jedinica pritiska

Merna jedinica pritiska je Paskal (znak Pa) ili njutn po metru kvadratnom (N/m²). Osim Paskala može se upotrebljavati i merna jedinica pritisaka bar (1 bar = 10⁵ Pa). Stare jedinice pritisaka bile su:

• tehnička atmosfera, znak at (1 at = 98 066,5 Pa);
• standardna, normalna ili fizička atmosfera, znak atm (1 atm = 101 325 Pa);)
• milimetar živinog stuba ili milimetar stuba žive, znak mmHg, ili tor (1 mmHg = 1 torr = 133,322 Pa);
• milimetar stuba vode, znak mmH₂O (1 mmH₂O = 9,806 65 Pa).

Merne jedinice za pritisak

	paskal	bar	tehnička atmosfera	standardna atmosfera	tor (mmHg)	funta sile po kvadratnom palcu
1 Pa	≡ 1 N/m²	= 10−5 bar	≈ 10,197×10−6 at	≈ 9,8692×10−6 atm	≈ 7,5006×10−3 torr	≈ 145,04×10−6 psi
1 bar	= 100 000 Pa	≡ 106 din/cm²	≈ 1,0197 at	≈ 0,98692 atm	≈ 750,06 torr	≈ 14,504 psi
1 at	= 98 066,5 Pa	= 0,980665 bar	≡ 1 kp/cm²	≈ 0,96784 atm	≈ 735,56 torr	≈ 14,223 psi
1 atm	= 101 325 Pa	= 1,01325 bar	≈ 1,0332 at	≡ 101 325 Pa	= 760 torr	≈ 14,696 psi
1 torr	≈ 133,322 Pa	≈ 1,3332×10−3 bar	≈ 1,3595×10−3 at	≈ 1,3158×10−3 atm	≡ 1 mmHg	≈ 19,337×10−3 psi
1 psi	≈ 6894,76 Pa	≈ 68,948×10−3 bar	≈ 70,307×10−3 at	≈ 68,046×10−3 atm	≈ 51,715 torr	≡ 1 lbf/in²

Kinetička teorija gasova

Glavni članak: Kinetička teorija gasova

Temperatura idealnog gasa je mera prosečne kinetičke energije molekula.

Manometar je merni instrument za merenje pritiska.

Kinetička teorija gasova je tumačenje makroskopskih svojstava gasova na temelju kretanja njihovih molekula. Osnovne su postavke teorije:

• molekuli su najmanji delići materije koji definišu hemijska svojstva makroskopske materije;
• molekuli su u stalnom, haotičnom kretanju (kinetička energija molekularnog sistema predstavlja toplotu);
• međusobno delovanje molekula i njihovo delovanje na zidove posude u kojoj se gas nalazi može se tumačiti, na bazi klasične mehanike, kao sudari;
• zbog velikog broja molekula primjenljive su metode statističke mehanike. Ako se zanemari međusobno delovanje molekula, govori se o idealnom gasu, za koji se jednostavno izračunavaju temeljne termodinamičke veličine: pritisak, temperatura i specifični toplotni kapacitet.

Pritisak gasa plina

Glavni članak: Jednačina stanja idealnog gasa

Pritisak gasa uzrokovan je udarcima molekula gasa u određenom vremenu na površinu zidova posude koja zatvara gas. Taj je pritisak to veći što je viša temperatura T, a manja zapremina ili volumen V određene količine n gasa:

$p\cdot V=n\cdot R\cdot T\,$

gde je: p – apsolutni pritisak gasa (Pa), V – zapremina gasa (m³), n – broj molova gasa, R – univerzalna gasna konstanta (8,314472 J • mol⁻¹ • K⁻¹), jednaka umnošku Bolcmanove konstante i Avogadrovog broja, T - apsolutna temperatura (u Kelvinima).

Atmosferski pritisak

Glavni članak: Atmosferski pritisak

Atmosferski pritisak uzrokovan je težinom vazduha i određen težinom stuba vazduha nad površinom.

Parcijalni pritisak

Glavni članak: Parcijalni pritisak

Parcijalni pritisak je pritisak pojedinih komponenata u smesi gasova (Daltonov zakon). pritisak se može meriti kao apsolutni ili kao relativni, prema tome uzima li se za nulu vakuum ili atmosferski pritisak. Relativni pritisak koji je manji od atmosferskoga naziva se negativni pritisak.

Pritisak kod tečnosti

Hidrostatički pritisak se povećava sa dubinom. Zbog razlike pritisaka na donjem delu kocke nastaje uzgon.

Način rada hidraulične prese.

Kondenzacija vidljiva na gornjoj površini krila vazduhoplova Erbas A340 uzrokovana padom temperature koja nastaje zbog pada pritisaka.

Kod tečnosti, pritisak će se javiti u dva slučaja:

• prilikom delovanja gravitacije ili inercijalnih sila, kada će sve čestice tečnosti dobiti težinu te će delovati nekom ukupnom silom u smeru delovanja rezultantne sile polja u kojem se tečnost nalazi. Takvo delovanje će proizvesti hidrostatički pritisak;
• prilikom kretanja (strujanja) tečnosti, kada će na neku prepreku strujanju delovati sila hidrodinamičkog pritiska, i to na površini u koju tečnost udara (Bernulijeva jednačina).

Hidrostatički pritisak

Glavni članak: Hidrostatički pritisak

Hidrostatički pritisak je pritisak mirnog fluida, uzrokovan njegovom težinom. On zavisi od gustine fluida ρ, dubini na kojoj se meri h i ubrzanju zemljine sile teže g, dakle:

$p=\rho \cdot g\cdot h$

a ne zavisi od smera u kojem se meri.

Hidraulički pritisak

Glavni članak: Hidraulički pogon

Hidraulički pritisak je onaj koji na fluid deluje spolja (na primer usled delovanja crpke ili pumpe), a u fluidu deluje jednako u svim smerovima.

Hidrodinamički pritisak

Glavni članak: Hidrodinamički pritisak

Hidrodinamički pritisak pojavljuje se u fluidu koji struji, a sastoji se od statičkog i dinamičkog dela; potonji zavisi od brzine strujanja fluida i deluje u smeru strujanja.

Bernulijeva jednačina

Glavni članak: Bernulijeva jednačina

Bernulijeva jednačina je osnovni zakon kretanja fluida. Proizlazi iz primene zakona o očuvanju energije na strujanje fluida. Odatle se dobije da zbir:

${\tfrac {1}{2}}\,\cdot \rho \ \cdot v^{2}\,+\,\rho \ \cdot g\cdot h+\,p\,=\,{\text{konstanta}}\,$

ima istu vrednost svuda u fluidu koji struji vodoravno, gde je p pritisak, ρ gustina i v brzina fluida u nekoj tački, a h visina težišta poprečnog preseka fluida u odnosu na neku vodoravnu ravan. Prema tome, tamo gde je brzina tečnosti veća, pritisak je manji, tamo gde je brzina tečnosti manja, pritisak je veći. Na Bernulijevoj jednačini zasnivaju se mnoge inženjerske primene, kao na primer let vazduhoplova: vazduh struji uz gornju zakrivljenu površinu krila brže nego ispod krila, te je pritisak na donju površinu krila veći nego na gornju, što ima za posledicu da na krila deluje ukupna sila prema gore koja diže vazduhoplov.

Kohezijski pritisak

Glavni članak: Kohezija

Kohezijski pritisak se pojavljuje samo na slobodnoj površini tečnosti, rezultat je delovanja kohezijskih sila.

Krvni pritisak

Glavni članak: Krvni pritisak

Krvni pritisak je pritisak krvi na zidove krvnih žila. On zavisi od nekoliko činioca: od ukupnog obima krvi što ga izbacuje srce, o rastegljivosti i elastičnosti krvnih žila, o stegnutosti krvnih žila. Zbog srčanih kontrakcija pritisak je najviši na početku krvnog optoka (u arterijama), a najniži na njegovu kraju, u venama. Kako srce izbacuje krv na mahove, arterijski pritisak koleba između sistoličke i dijastoličke vrednosti. U sistemskom krvnom optoku arterijski je pritisak tokom sistole normalno oko 16 kPa (120 mm Hg), a u dijastoli oko 10,5 kPa (80 mm Hg). Razlika ta dva pritiska (5,5 kPa ili 40 mm Hg) naziva se pritisak pulsa (bila). Srednji arterijski pritisak nešto je bliži vrednosti dijastoličkog pritisaka, jer dijastola traje duže od sistole. U završnim delovima arterijskoga sistema kolebanja pritisaka postaju sve slabijima, te je u kapilarima i venama krvni pritisak jednolik. Na kraju venskoga sistema, na ušću gornje i donje šuplje vene u desnu pretkomoru, krvni je pritisak približno 0 kPa.

Prepritisak, potpritisak i apsolutni pritisak

Da bi se izmerio pritisak gasa koji se nalazi u nekoj posudi, može se meriti pomoću cevi u obliku slova „U” koja je napunjena bilo kojom tečnošću, na primer živom. Ako je pritisak gasa P_o u posudi manji od atmosferskog pritisaka P_a, živa će u levom kraku cevi stajati više, a u desnom niže. Da bi bila ravnoteža u preseku A-A, moraju pritisci s leve i desne strane toga preseka biti jednaki. S leve strane toga preseka deluje pritisak P_o i težina stuba tečnosti h₁. Stoga je s leve strane toga preseka pritisak:

$p_{1}=P_{o}+\rho \cdot g\cdot h_{1}$

Pritisak s desne strane preseka A-A jednak je zbiru atmosferskog pritisaka P_a i težina stuba tečnosti h₂, to jest:

$p_{2}=P_{a}+\rho \cdot g\cdot h_{2}$

pri čemu je ρ - gutina tečnosti, a g - ubrzanje zemljine sile teže. Kako vredi p₁ = p₂, to je:

$P_{o}+\rho \cdot g\cdot h_{1}=P_{a}+\rho \cdot g\cdot h_{2}$

Kako je očito da je h₁ - h₂ = H, dobija se:

$\rho \cdot g\cdot H=P_{a}-P_{o}$

U ovom slučaju težina stuba tečnosti H meri razliku između atmosferskog pritisaka i pritisaka u posudi. Ta razlika se naziva potpritisak ili vakuum. potpritisak je iznos za koliko je pritisak u nekoj posudi manji od atmosferskog pritisaka.

Kada bi pritisak u posudi P_o bio veći od atmosferskog pritisaka, onda bi sličnim postupkom dobilo da vredi:

$\rho \cdot g\cdot H=P_{o}-P_{a}$

Ova razlika naziva se prepritisak. Prepritisak je dakle iznos za koliko je pritisak u nekoj posudi veći od atmosferskog pritiska.

Apsolutni pritisak p jednak je zbiru atmosferskog pritisaka P_a i prepritiska:

$p=P_{a}$ + prepritisak

ili, apsolutni pritisak p jednak je razlici atmosferskog pritiska P_a и подпритискa:

$p=P_{a}$ - потпритисак

Види још

• Паскалов закон
• Геј-Лисаков закон
• Бојл-Мариотов закон
• Шарлов закон

Литература

• Giancoli, Douglas G. (2004). Physics: principles with applications. Upper Saddle River, N.J.: Pearson Education. ISBN 978-0-13-060620-4. 
• L. J. Clancy (1975), Aerodynamics, Pitman Publishing Limited, London. ISBN 0-273-01120-0
• Houghton, E.L. and Carpenter, P.W. (1993), Aerodynamics for Engineering Students, Butterworth and Heinemann, Oxford UK. ISBN 0-340-54847-9
• Liepmann, Hans Wolfgang; Roshko, Anatol (1993), Elements of Gas Dynamics, Courier Dover Publications, ISBN 0-486-41963-0 
• Goldstein, Martin; Inge F. (1993). The Refrigerator and the Universe. Harvard University Press. ISBN 978-0-674-75325-9. OCLC 32826343.  A nontechnical introduction, good on historical and interpretive matters.
• Kazakov, Andrei; Muzny, Chris D.; Chirico, Robert D.; Diky, Vladimir V.; Frenkel, Michael (2008). „Web Thermo Tables – an On-Line Version of the TRC Thermodynamic Tables”. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology. 113 (4): 209—220. ISSN 1044-677X. PMC 4651616 . PMID 27096122. doi:10.6028/jres.113.016. 
• Gibbs J.W. (1928). The Collected Works of J. Willard Gibbs Thermodynamics. New York: Longmans, Green and Co.  Vol. 1, pp. 55–349.
• Guggenheim E.A. (1933). Modern thermodynamics by the methods of Willard Gibbs. London: Methuen & co. ltd. 
• Denbigh K. (1981). The Principles of Chemical Equilibrium: With Applications in Chemistry and Chemical Engineering. London: Cambridge University Press. 
• Stull, D.R., Westrum Jr., E.F. and Sinke, G.C. (1969). The Chemical Thermodynamics of Organic Compounds. London: John Wiley and Sons, Inc. CS1 održavanje: Višestruka imena: spisak autora (veza)
• Bazarov I.P. (2010). Thermodynamics: Textbook. St. Petersburg: Lan publishing house. str. 384. ISBN 978-5-8114-1003-3.  5th ed. (in Russian)
• Bawendi Moungi G., Alberty Robert A. and Silbey Robert J. (2004). Physical Chemistry. J. Wiley & Sons, Incorporated. 
• Alberty Robert A. (2003). Thermodynamics of Biochemical Reactions. Wiley-Interscience. 
• Alberty Robert A. (2006). Biochemical Thermodynamics: Applications of Mathematica. Methods of Biochemical Analysis. 48. John Wiley & Sons, Inc. str. 1—458. ISBN 978-0-471-75798-6. PMID 16878778. 
• Dill Ken A., Bromberg Sarina (2011). Molecular Driving Forces: Statistical Thermodynamics in Biology, Chemistry, Physics, and Nanoscience. Garland Science. ISBN 978-0-8153-4430-8. 
• M. Scott Shell (2015). Thermodynamics and Statistical Mechanics: An Integrated Approach. Cambridge University Press. ISBN 978-1107656789. 
• Douglas E. Barrick (2018). Biomolecular Thermodynamics: From Theory to Applications. CRC Press. ISBN 978-1-4398-0019-5. 
• Bejan, Adrian (2016). Advanced Engineering Thermodynamics (4 izd.). Wiley. ISBN 978-1-119-05209-8. 
• Cengel, Yunus A., & Boles, Michael A. (2002). Thermodynamics – an Engineering Approach. McGraw Hill. ISBN 978-0-07-238332-4. OCLC 45791449. CS1 održavanje: Višestruka imena: spisak autora (veza)
• Dunning-Davies, Jeremy (1997). Concise Thermodynamics: Principles and Applications. Horwood Publishing. ISBN 978-1-8985-6315-0. OCLC 36025958. 
• Kroemer, Herbert; Kittel, Charles (1980). Thermal Physics. W.H. Freeman Company. ISBN 978-0-7167-1088-2. OCLC 32932988. 

Spoljašnje veze

• Introduction to Fluid Statics and Dynamics on Project PHYSNET
• Pressure being a scalar quantity Arhivirano na sajtu Wayback Machine (6. januar 2010)