Der Druck - dies ist eine der grundlegenden physikalischen Eigenschaften der Substanz. Sie wird durch die Kraft bestimmt, die pro Flächeneinheit einwirkt. Im täglichen Leben stoßen wir überall auf Druck, von der Druckluft in den Reifen unserer Fahrräder bis zum kühlen Wind, der in der Höhe auf einen Berg weht. Das Verständnis des Begriffs von Druck und die Fähigkeit, ihn zu berechnen, ist für das praktische Leben eines jeden Menschen von unschätzbarem Wert.
Formel zur Berechnung des Drucks:
Druck (P) entspricht der Kraft (F), die auf die Oberfläche wirkt, geteilt durch die Fläche (S), auf die diese Kraft wirkt:
P = F / S
Stellen wir uns nun die Situation vor: Sie haben eine Ladung mit einem Gewicht von 50 kg, die auf dem Tisch liegt. Die Fläche, auf der die Ladung liegt, beträgt 0.5 Quadratmeter. Welchen Druck erzeugt diese Last auf den Tisch? Ersetzen Sie die Daten in die Formel:
F = m * g = 50 kg * 9.8 N/kg = 490 N
S = 0,5 quadratmeter
P = F / S = 490 N / 0,5 sq. m = 980 Pa (Pascal)
Was ist der Druck und wie wird er gemessen
Der Druck wird in Pascal (Pa) oder in Atmosphären (atm) gemessen. 1 Pa ist gleich einer Kraft von 1 Newton, die auf eine 1-Quadratmeter-Oberfläche wirkt. 1 die Atmosphäre entspricht wiederum dem Druck einer 760 mm hohen Quecksilbersäule.
Es gibt verschiedene Geräte, um den Druck zu messen. Eines der häufigsten ist das Manometer. Mit dem Manometer können Sie die Druckdifferenz zwischen zwei Punkten sowie den Absolutdruck messen. Ein weiteres bekanntes Druckmessgerät ist ein Barometer, das den Absolutdruck der Atmosphäre misst.
Wissen über Druck und seine Messung ist in verschiedenen Bereichen von Wissenschaft und Industrie unerlässlich. Zum Beispiel in der Hydrostatik, der Gasdynamik, der Meteorologie und vielen anderen Bereichen. Das Verständnis und Messen von Druck hilft Wissenschaftlern und Ingenieuren, verschiedene Aufgaben in diesen Bereichen zu lösen.
Formel zur Berechnung des Drucks
Druck (P) = Kraft (F) / Fläche (A)
Der Druck wird in Pascal (Pa) oder Newton/meter 2 (N/m2) gemessen. Dies bedeutet, dass der Druck gleich der Kraft ist, die in Newton (H) gemessen wird, geteilt durch die Fläche, die in Quadratmetern (m2) gemessen wird.
Wenn wir zum Beispiel eine Kraft von 10 Newton und eine Fläche von 2 Quadratmetern haben, können wir den Druck leicht finden, indem wir die Werte in die Formel einfügen:
Druck (P) = 10 N / 2 m2
Druck (P) = 5 N/m2
Somit beträgt der Druck 5 N / m2 oder 5 Pascal.
Beispiele für Druckberechnungsaufgaben
1. Aufgabe: Das 50 m2 große Schwimmbad verfügt über 2.500 Liter Wasser. Finde den Druck auf den Boden des Beckens. Andere Daten für die Berechnung sind erforderlich.
Lösung: Um den Druck auf den Boden des Beckens zu berechnen, müssen Sie die Wassermasse sowie die Fläche kennen, auf die sich dieser Druck erstreckt. Die Masse des Wassers kann gefunden werden, indem man sein Volumen mit der Dichte des Wassers multipliziert. Die Wasserdichte beträgt etwa 1000 kg/ m3.
Wassergewicht = Wasservolumen × Wasserdichte = 2500 Liter × 1000 kg/m3 = 2500 kg
Druck = Kraft / Fläche. Die Kraft kann gefunden werden, indem man die Masse mit der Beschleunigung des freien Falls multipliziert (etwa 9.8 m / s2).
Kraft = Masse × Beschleunigung des freien Falls = 2500 kg × 9.8 m /s2 = 24500 N (Newton)
Jetzt, wenn Sie die Stärke und die Fläche kennen, können Sie den Druck finden:
Druck = 24500 N / 50 m2 = 490 N/m2
Antwort: Der Druck auf den Boden des Beckens beträgt 490 N / m2.
2. Problem: Der Ballon hat ein Volumen von 5 m3 und enthält Helium. Finden Sie den Druck im Inneren des Balls, wenn die Heliummasse 0.2 kg beträgt. Andere Daten sind für die Berechnung erforderlich.
Lösung: Um den Druck im Inneren des Balls zu berechnen, müssen Sie die Masse und das Volumen des Heliums kennen. Für diese Aufgabe sind diese Daten bereits verfügbar.
Druck = Kraft / Fläche. Die Kraft kann gefunden werden, indem man die Masse mit der Beschleunigung des freien Falls multipliziert (etwa 9.8 m / s2).
Kraft = Masse × Beschleunigung des freien Falls = 0.2 kg × 9.8 m/s2 = 1.96 N (Newtonmeter)
Jetzt, wenn Sie die Stärke und das Volumen kennen, können Sie den Druck finden:
Druck = 1.96 N / 5 m3 = 0.392 N/m3
Antwort: Der Innendruck des Balls beträgt 0.392 N / m3.
Wie man die Druckkraft findet
Die Druckkraft ist definiert als die Kraft, die pro Flächeneinheit wirkt. Um die Druckkraft zu finden, müssen Sie die Größe der Kraft und die Fläche kennen, auf die diese Kraft wirkt. Die Druckkraft wird in Newton (H) oder Pascal (Pa) gemessen.
Die Formel wird verwendet, um die Druckkraft zu berechnen:
P = F / S
- P - Druckkraft
- F - auf die Oberfläche wirkende Kraft
- S - die Fläche, auf die die Kraft F wirkt
Wenn zum Beispiel eine Kraft von 200 N auf einer Fläche von 4 Quadratmetern wirkt, ist die Druckkraft gleich:
P = 200 / 4 = 50 Pa
Somit beträgt die Druckkraft auf einer gegebenen Oberfläche 50 Pascal.
So finden Sie den Druckbereich
Um die Druckfläche zu finden, müssen Sie den Wert der Kraft und die Fläche kennen, auf die diese Kraft wirkt. Die Druckfläche wird als S bezeichnet und in quadratischen Einheiten (z. B. Quadratmetern) gemessen.
Formel zur Berechnung der Druckfläche: S = F / P, wobei S die Druckfläche ist, F die Kraft ist, P der Druck ist.
Wenn zum Beispiel bekannt ist, dass eine Kraft von 1000 N (Newton) auf die Oberfläche wirkt und der Druck 100 Pa (Pascal) beträgt, dann
S = 1000 N / 100 Pa = 10 m2
Somit beträgt die Druckfläche auf einer gegebenen Oberfläche 10 Quadratmeter.
Durch die Berechnung der Druckfläche können Sie bestimmen, wie gleichmäßig die Kraft auf einer Oberfläche verteilt ist und wie stark sie pro Flächeneinheit drückt. Dieses Konzept wird in verschiedenen Bereichen, einschließlich Physik, Ingenieurwesen und Bauwesen, weit verbreitet verwendet.
Druckgleichung
Um den Druck zu berechnen, müssen Sie die Kraft kennen, mit der ein Objekt sowohl auf die Fläche als auch auf die Fläche dieses Objekts wirkt. Die Gleichung zur Berechnung des Drucks ist das Verhältnis der Kraft (F) zur Fläche (A):
Druck (P) = Kraft (F) / Fläche (A)
Die Maßeinheit für den Druck im SI-System ist Pascal (Pa).
Angenommen, wir haben eine Kiste mit einem Gewicht von 200 N (Newton). Die Grundfläche der Box beträgt 0,5 m ^ 2 (Quadratmeter). Um den Druck zu finden, können wir die Druckgleichung verwenden.
Druck (P) = 200 N / 0,5 m^2 = 400 Pa
Somit beträgt der Druck auf die Basis der Box 400 Pascal.
Hydrostatischer Druck und Beispiele aus dem Leben
Wenn man Beispiele für hydrostatischen Druck im Leben betrachtet, kann man sich an Situationen wie Druckwasser in Wasserleitungen, den Betrieb von Bodenpumpen und den Aufstieg von Wasser in Rohrleitungen erinnern. Wasserfontänen und künstliche Wasserfälle werden ebenfalls durch hydrostatischen Druck erzeugt: Das Wasser steigt auf eine bestimmte Höhe an und beginnt dann mit der Schwerkraft zu fallen, wodurch ein schöner Effekt entsteht.
Ein weiteres Beispiel für hydrostatischen Druck ist der Betrieb eines hydraulischen Wagens. Mit einer geringen Kraft, die am Hebelhebel aufgebracht werden muss, wird der Druck weiter übertragen und ermöglicht das Anheben von Lasten, einschließlich Fahrzeugen.
Druck in Flüssigkeiten und Gasen
Der Druck in Flüssigkeiten hängt von der Tiefe und Dichte der Flüssigkeit ab. Je größer die Tiefe unter Wasser ist, desto größer ist der Druck. Die Formel wird verwendet, um den Druck in einer Flüssigkeit zu berechnen: P = ρgh, wo P - Druck, ρ - Flüssigkeitsdichte, g - beschleunigung des freien Falls, h - höhe der Flüssigkeitssäule.
Der Druck in den Gasen hängt auch von der Gasdichte ab. Im Gegensatz zu Flüssigkeiten können sich Gase jedoch ausdehnen und ihr Volumen verändern. Für die Berechnung des Gasdrucks werden die Temperatur und die Anzahl der Moleküle berücksichtigt. Das physikalische Gesetz, das den Druck in Gasen beschreibt, heißt das Boyle-Mariott-Gesetz und behauptet, dass bei einer konstanten Temperatur der Gasdruck umgekehrt proportional zu seinem Volumen ist: P₁V₁ = P₂V₂, wo P₁ und P₂ - anfangs- und Enddruck, V₁ und V₂ - anfangs- und Endvolumen.
Das Verständnis des Drucks in Flüssigkeiten und Gasen ist wichtig für die praktische Anwendung physikalischer Phänomene. Die Kenntnis der Formel und die Fähigkeit, sie anzuwenden, ermöglichen es Ihnen, verschiedene Probleme mit dem Druckkonzept zu lösen.
