Налягане във флуиди

Налягането е сила на единица площ

p = F_⊥/A   и 1 Pa = 1 N m⁻²

Само компонентата на силата, перпендикулярна на повърхността, допринася пряко за налягането. Една и съща сила върху по-малка площ създава по-голямо налягане; затова остра игла прониква по-лесно от тъп предмет. В покоен флуид налягането в точка няма предпочетена посока: малка повърхност изпитва нормална сила на налягане независимо от ориентацията си.

Следователно налягането е скаларно поле, а не един вектор на сила. Посоката на силата върху дадена повърхност се определя от нормалата ѝ. Върху извити повърхности силите на налягането сочат в различни посоки, което е важно при плаваемостта и съдовете под налягане.

Налягането нараства с дълбочината

В неподвижна течност с приблизително постоянна плътност налягането нараства линейно с дълбочината. Точки на една и съща дълбочина в един и същ свързан флуид имат еднакво налягане. За плътност ρ и дълбочина h разликата спрямо повърхността е Δp = ρgh, така че p = p₀ + ρgh. Резултатът зависи от дълбочината, плътността и гравитационното ускорение, а не от формата на съда.

Манометрично и абсолютно налягане

Абсолютното налягане се измерва спрямо вакуум. Манометричното налягане се измерва спрямо местното атмосферно налягане. Показание 220 kPa на манометър за гуми означава приблизително 220 kPa над атмосферното, а не абсолютно налягане 220 kPa.

Принцип на Паскал и хидравлика

Промяна на налягането, приложена към затворен почти несвиваем флуид, се предава през целия флуид. За бутала на еднаква височина идеалната хидравлична система дава F₁/A₁ = F₂/A₂. По-голямото бутало може да осигури по-голяма сила, но се премества на по-малко разстояние. Енергия не се създава: идеално F₁d₁ = F₂d₂.

Какво предполага простата формула за дълбочина

Връзката p = p₀ + ρgh предполага флуид в покой и почти постоянна плътност. Тя работи много добре за умерени дълбочини в течности. При газове в голям височинен интервал плътността се изменя значително и е нужен по-пълен модел.

При движещи се флуиди се добавя и кинетичен ефект. По протежение на токова линия за стационарен, несвиваем поток с пренебрежим вискозитет уравнението на Бернули свързва налягане, скорост и височина: p + ½ρv² + ρgy = константа. Това не означава, че „по-висока скорост винаги означава по-ниско налягане“ във всеки поток; предпоставките и сравняваните точки са съществени.

Решени примери

1. Сила върху малка площ

Сила 600 N е разпределена равномерно върху 0,020 m². Какво налягане се получава?

2. Налягане на водата на дълбочина

Намерете манометричното налягане 12 m под повърхността на прясна вода при ρ = 1000 kg m⁻³.

3. Хидравличен подемник

Малко бутало има площ 4,0 cm², а голямо — 200 cm². Ако върху малкото действа 80 N, каква е идеалната изходна сила?