Чем измеряют давление в физике

No Comments

Представьте себе заполненный воздухом герметичный цилиндр, с установленным сверху поршнем. Если начать давить на поршень, то объем воздуха в цилиндре начнет уменьшаться, молекулы воздуха станут сталкиваться друг с другом и с поршнем все интенсивнее, и давление сжатого воздуха на поршень возрастет.

Если поршень теперь резко отпустить, то сжатый воздух резко вытолкнет его вверх. Это произойдет потому, что при неизменной площади поршня увеличится сила, действующая на поршень со стороны сжатого воздуха. Площадь поршня осталась неизменной, а сила со стороны молекул газа увеличилась, соответственно увеличилось и давление.

Или другой пример. Стоит человек на земле, стоит обеими стопами. В таком положении человеку комфортно, он не испытывает неудобств. Но что случится, если этот человек решит постоять на одной ноге? Он согнет одну из ног в колене, и теперь будет опираться на землю только одной стопой. В таком положении человек ощутит определенный дискомфорт, ведь давление на стопу увеличилось, причем примерно в 2 раза. Почему? Потому что площадь, через которую теперь сила тяжести придавливает человека к земле, уменьшилась в 2 раза. Вот пример того, что такое давление, и как легко его можно обнаружить в обычной жизни.

Давление в физике

С точки зрения физики, давлением называют физическую величину, численно равную силе, действующей перпендикулярно поверхности на единицу площади данной поверхности. Поэтому, чтобы определить давление в некоторой точке поверхности, нормальную составляющую силы, приложенной к поверхности, делят на площадь малого элемента поверхности, на который данная сила действует. А для того чтобы определить среднее давление по всей площади, нормальную составляющую действующей на поверхность силы нужно разделить на полную площадь данной поверхности.

Измеряется давление в системе СИ в паскалях (Па). Эта единица измерения давления получила свое название в честь французского математика, физика и литератора Блеза Паскаля, автора основного закона гидростатики — Закона Паскаля, гласящего, что давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Впервые единица давления «паскаль» была введена в обращение во Франции в 1961 году, согласно декрету о единицах, спустя три столетия после смерти ученого.

Один паскаль равен давлению, которое вызывает сила в один ньютон, равномерно распределенная, и направленная перпендикулярно к поверхности площадью в один квадратный метр.

В паскалях измеряют не только механическое давление (механическое напряжение), но и модуль упругости, модуль Юнга, объемный модуль упругости, предел текучести, предел пропорциональности, сопротивление разрыву, сопротивление срезу, звуковое давление и осмотическое давление. Традиционно именно в паскалях выражаются важнейшие механические характеристики материалов в сопромате.

Атмосфера техническая (ат), физическая (атм), килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см2)

Кроме паскаля для измерения давления применяют и другие (внесистемные) единицы. Одной из таких единиц является «атмосфера» (ат). Давление в одну атмосферу приблизительно равно атмосферному давлению на поверхности Земли на уровне Мирового океана. На сегодняшний день под «атмосферой» понимают техническую атмосферу (ат).

Техническая атмосфера (ат) — это давление, производимое одной килограмм-силой (кгс), распределенной равномерно по площади в один квадратный сантиметр. А одна килограмм-сила, в свою очередь, равна силе тяжести, действующей на тело массой в один килограмм в условиях ускорения свободного падения, равного 9,80665 м/с2. Одна килограмм-сила равна таким образом 9,80665 ньютон, а 1 атмосфера оказывается равной точно 98066,5 Па. 1 ат = 98066,5 Па.

В атмосферах измеряют, например, давление в автомобильных шинах, например рекомендованное давление в шинах пассажирского автобуса ГАЗ-2217 равно 3 атмосферам.

Есть еще «физическая атмосфера» (атм), определяемая как давление ртутного столба, высотой 760 мм на его основание при том, что плотность ртути равна 13595,04 кг/м3, при температуре 0°C и в условиях ускорения свободного падения равного 9,80665 м/с2. Так выходит, что 1 атм = 1,033233 ат = 101 325 Па.

Что касается килограмм-силы на квадратный сантиметр (кгс/см2), то эта внесистемная единица давления с хорошей точностью равна нормальному атмосферному давлению, что бывает иногда удобно для оценок различных воздействий.

Внесистемная единица «бар» равна приблизительно одной атмосфере, но является более точной — ровно 100000 Па. В системе СГС 1 бар равен 1000000 дин/см2. Раньше название «бар» носила единица, называемая сейчас «бария», и равная 0,1 Па или в системе СГС 1 бария = 1 дин/см2. Слово «бар», «бария» и «барометр» происходят от одного и того же греческого слова «тяжесть».

Часто для измерения атмосферного давления в метеорологии используют единицу мбар (миллибар), равную 0,001 бар. А для измерения давления на планетах где атмосфера очень разряженная — мкбар (микробар), равный 0,000001 бар. На технических манометрах чаще всего шкала имеет градуировку именно в барах.

Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.), миллиметр водяного столба (мм вод. ст.)

Внесистемная единица измерения «миллиметр ртутного столба» равна 101325/760 = 133,3223684 Па. Обозначается «мм рт.ст.», но иногда ее обозначают «торр» – в честь итальянского физика, ученика Галилея, Эванджелисты Торричелли, автора концепции атмосферного давления.

Образовалась единица в связи с удобным способом измерения атмосферного давления барометром, у которого ртутный столб пребывает в равновесии под действием атмосферного давления. Ртуть обладает высокой плотностью около 13600 кг/м3 и отличается низким давлением насыщенного пара в условиях комнатной температуры, поэтому для барометров в свое время и была выбрана именно ртуть.

На уровне моря атмосферное давление равно приблизительно 760 мм рт.ст., именно это значение и принято считать теперь нормальным атмосферным давлением, равным 101325 Па или одной физической атмосфере, 1 атм. То есть 1 миллиметр ртутного столба равен 101325/760 паскаль.

В миллиметрах ртутного столба измеряют давление в медицине, в метеорологии, в авиационной навигации. В медицине кровное давление измеряют в мм рт.ст, в вакуумной технике приборы для измерения давления градуируются в мм рт.ст, наряду с барами. Иногда даже просто пишут 25 мкм, подразумевая микроны ртутного столба, если речь идет о вакуумировании, а измерения давления осуществляют вакуумметрами.

В некоторых случаях используют миллиметры водяного столба, и тогда 13,59 мм вод.ст = 1мм рт.ст. Иногда это более целесообразно и удобно. Миллиметр водяного столба, как и миллиметр ртутного столба — внесистемная единица, равная в свою очередь гидростатическому давлению 1 мм столба воды, которое этот столб оказывает на плоское основание при температуре воды столба 4°С.

Давление – физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности. Для обозначения давления обычно используется символ p – от лат.pressūra (давление).

Давление на поверхность может иметь неравномерное распределение, поэтому различают давление на локальный фрагмент поверхности и среднее давление на всю поверхность.

Давление на локальной площади поверхности определяется как отношение нормальной составляющей силы dFn, действующей на этот фрагмент поверхности, к площади этого фрагмента dS:

Среднее давление по всей поверхности есть отношение нормальной составляющей силы Fn, действующей на данную поверхность, к её площади S:

Измерение давления газов и жидкостей выполняется с помощью манометров, дифманометров, вакуумметров, датчиков давления, атмосферного давления – барометрами.

Единицы измерения давления имеют давнюю историю и с учетом разных сред (жидкость, газ, твердое тело) достаточно разнообразны. Приведем основные.

Паскаль

В Международной системе единиц (СИ) измеряется в паскалях (русское обозначение: Па; международное: Pa). Паскаль равен давлению, вызываемому силой, равной одному ньютону, равномерно распределённой по нормальной к ней поверхности площадью один квадратный метр.

Один паскаль – небольшое давление. Примерно такое давление создает лежащий на столе листок из школьной тетради. Поэтому очень часто используют кратные единицы давления:

гектопаскаль (гПа) 1 гПа = 100 Па = 10 2 Па
килопаскаль (кПа) 1 кПа = 1′000 Па = 10 3 Па
мегапаскаль (МПа) 1 МПа = 1′000′000 Па = 10 6 Па

Тогда получаем следующее соответствие: 1 МПа = 1 МН/м² = 1 Н/мм² = 100 Н/см².
Также, шкалы приборов для измерения давления могут быть градуированы в величинах Н/м 2 или Н/мм 2 .

Соотношения величин к 1 Па:

МПа
Бар (bar, бар) 0,1
Техническая атмосфера (at, ат), кгс/см 2 10,197
Физическая атмосфера (atm, атм) 9,8692
Миллиметр ртутного столба (мм рт.ст., mm Hg, Torr, торр) 7500,6
Метр водяного столба (м вод.ст., m H2O) 10,197
Фунт-сила на кв. дюйм (psi) 145,04

Ди́на

Ди́на (русское обозначение: дин, международное обозначение: dyn) – единица силы в системе единиц СГС. Одна дина численно равна силе, которая сообщает телу массой в 1 грамм ускорение в один сантиметр в секунду за секунду.

1 дин = 1 г·см/с 2 = 10 -5 H = 1,0197·10 -6 кгс

СГС (сантиметр-грамм-секунда) – система единиц измерения, которая широко использовалась до принятия Международной системы единиц (СИ). Другое название – абсолютная физическая система единиц.

Бар (bar, бар)

Бар (русское обозначение: бар; международное: bar😉 – внесистемная единица измерения давления, примерно равная одной атмосфере, используется для жидкостей и газов, находящихся под давлением.

Почему бар, а не паскаль? Для технических измерений, где присутствует высокое давление, паскаль – слишком мелкая единица. Поэтому ввели единицу более крупную – 1 бар. Приблизительно это давление земной атмосферы.

1 бар =
Паскаль (Pa, Па) 10 5 Па = 0,1 МПа
Физическая атмосфера (atm, атм) 0,98692 атм
кгс/см 2 1,0197 кгс/см 2
Миллиметр ртутного столба (мм рт.ст., mm Hg, Torr, торр) 750,06 мм рт.ст.
дин/см 2 10 6 дин/см 2

Бар – внесистемная единица измерения давления.

Российская Федерация Без ограничения срока с областью применения "промышленность".
Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) Могут временно применяться до даты, установленной национальными предписаниями, но которые не должны вводиться, если они не используются.

Килограмм-сила

Килограмм-сила равен силе, которая сообщает покоящейся массе, равной массе международного прототипа килограмма, ускорение, равное нормальному ускорению свободного падения (9,80665 м/с 2 ).

1 кгс = 1 кг * 9,80665 м/с 2 = 9,80665 Н

Килограмм-сила примерно равна силе, с которой тело массой 1 килограмм давит на весы на поверхности Земли, поэтому удобна тем, что её величина равна весу тела массой в 1 кг, поэтому человеку легко представить, например, что такое сила 5 кгс.

1 кгс = 9,80665 Н ≈ 10 Н
1 Н ≈ 0,10197162 кгс ≈ 0,1 кгс
100 кгс/м 2 ≈ 1 кПа = 1 кН/м 2
1 лошадиная сила 75 кгс·м/с

Килограмм-сила (русское обозначение: кгс или кГ; международное: kgf или kgF) – единица силы в системе единиц МКГСС (Метр – КилоГрамм-Сила – Секунда).

Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) Должны быть изъяты из обращения как можно скорее там, где они используются в настоящее время, и которые не должны вводиться, если они не используются.
Российская Федерация Килограмм-сила и грамм-сила допущены к использованию в качестве внесистемных единиц без ограничения срока действия с областью применения "все области",, допускаемых к применению в Российской Федерации, используется только в тех случаях, когда количественные значения величин "невозможно или нецелесообразно" выражать в единицах СИ.

Техническая атмосфера (at, ат), кгс/см 2

Техническая атмосфера (русское обозначение: ат; международное: at) – равна давлению, производимому силой в 1 кгс, равномерно распределённой по перпендикулярной к ней плоской поверхности площадью 1 см 2 . Таким образом,

1 ат = 98 066,5 Па

Российская Федерация
Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) Должны быть изъяты из обращения как можно скорее там, где они используются в настоящее время, и которые не должны вводиться, если они не используются.

Физическая атмосфера (atm, атм)

Нормальная, стандартная или физическая атмосфера (русское обозначение: атм; международное: atm) – внесистемная единица, равна давлению столба ртути высотой 760 мм на его горизонтальное основание при плотности ртути 13 595,04 кг/м 3 , при температуре 0°C и при нормальном ускорении свободного падения 9,80665 м/с 2 .

1 атм = 760 мм.рт.ст.

В соответствии с определением:

1 атм 101 325 Па
1 атм 1,033233 ат
Российская Федерация Допущена к использованию в качестве внесистемной единицы с областью применения "все области".
Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) Должны быть изъяты из обращения как можно скорее там, где они используются в настоящее время, и которые не должны вводиться, если они не используются.

Миллиметр ртутного столба

Миллиметр ртутного столба (русское обозначение: мм рт.ст.; международное: mm Hg) – внесистемная единица измерения давления, иногда называется "торр" (русское обозначение – торр, международное – Torr) в честь Эванджелисты Торричелли.

1 мм рт.ст. ≈ 133,3223684 Па

Атмуровень моря 760 мм рт.ст.
760 мм рт.ст. 101 325 Па
1 мм рт.ст. 101 325 / 760 ≈ 133,3223684 Па
1 мм рт.ст. 13,5951 мм вод.ст.

Происхождение этой единицы связано со способом измерения атмосферного давления при помощи барометра, в котором давление уравновешивается столбиком жидкости. В качестве жидкости часто используется ртуть, поскольку у неё очень высокая плотность (≈13 600 кг/м 3 ) и низкое давление насыщенного пара при комнатной температуре.

Российская Федерация Допущен к использованию в качестве внесистемной единицы без ограничения срока с областью применения "медицина, метеорология, авиационная навигация"
Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) Могут временно применяться до даты, установленной национальными предписаниями, но которые не должны вводиться, если они не используются.

Миллиметры ртутного столба используются, например, в вакуумной технике, в метеорологических сводках и при измерении кровяного давления.

В США и Канаде также используется единица измерения "дюйм ртутного столба" (обозначение – inHg). 1 inHg = 3,386389 кПа при 0 °C.

Миллиметр водяного столба

Миллиметр водяного столба (русское обозначение: мм вод.ст., мм H2O; международное: mm H2O) – внесистемная единица измерения давления. Равен гидростатическому давлению столба воды высотой 1 мм, оказываемому на плоское основание при температуре воды 4 °С.

В Российской Федерации допущен к использованию в качестве внесистемной единицы измерения давления без ограничения срока с областью использования "все области".

В основном в теоретической физике жидкость рассматривают, как идеальную. Но на практике всё сложнее. Жидкость имеет и трение о стенки и внутреннее трение, вязкость и растворяет в себе газы и выделяет их, что создает определенные сложности. В этой статье рассмотрим основные физические свойства реальной жидкости.

Все материалы, представленные на сайте, носят исключительно справочный и ознакомительный характер и не могут считаться прямой инструкцией к применению. Каждая ситуация является индивидуальной и требует своих расчетов, после которых нужно выбирать нужные технологии.

Не принимайте необдуманных решений. Имейте ввиду, что то что сработало у других, в ваших условиях может не сработать.

Администрация сайта и авторы статей не несут ответственности за любые убытки и последствия, которые могут возникнуть при использовании материалов сайта.

Сайт может содержать контент, запрещенный для просмотра лицам до 18 лет.

Единицы измерения тонометра показывают уровень кровяного давления человека. От этих цифр зависит лечение гипертонии и целесообразность воздействия на кровообращение в организме. В каких единицах измерения измеряют артериальное давление?

Движение крови — результат совместной работы сердца и сосудов. Параметр артериального давления состоит из двух чисел. Систолическое (верхнее) АД определяется во время сжатия сердца и выброса крови в артерии и соответствует большему числу. При движении крови по артериям давление постепенно снижается. Значение диастолического (нижнего) АД описывает минимальное воздействие в сосудах при расслаблении сердечной мышцы после сокращения и соответствует меньшему числу.

Единицы измерения

В каких единицах измеряют артериальное давление? В качестве единицы измерения АД применяется миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). Наименование произошло от метода измерения атмосферного давления с помощью столбика ртути в барометре.

Первый в истории прибор для измерения АД также был ртутным. Он давал наиболее точные показания благодаря ртутной жидкости, двигающейся по вертикальной трубке. Под воздействием силы воздуха, накачиваемого в манжету резиновой грушей, ртуть поднималась до условной отметки. Затем при помощи клапана на груше манжету медленно освобождали от воздуха.

При помощи стетоскопа прослушивались появление и исчезновение тонов. Соответствующие показания столбика, опускающегося вниз, фиксировались как числа давления.

Современные тонометры работают по механическому или электронному принципу, но по традиции давление измеряется в миллиметрах ртутного столба. На цифровой шкале механического тонометра 1 деление соответствует 2 мм рт. ст.

Аппараты для измерения

Аппараты для измерения артериального давления доступны каждому. Для его измерения используется сфигмоманометр, или тонометр.

В настоящее время распространены два вида:

  • механический прибор;
  • электронный прибор.

Механический аппарат не выдает готовых значений, но является более точным. Состоит из манометра с циферблатом, резиновой груши и тканевой манжеты. Пульсация прослушивается человеком через стетоскоп во время сдувания манжеты, регулируемого вручную с помощью клапана на груше. Манометр может сообщаться с грушей через полость манжеты или напрямую.

Электронные тонометры определяют давление самостоятельно и делятся на:

В полуавтоматическом тонометре вместо манометра имеется табло для вывода показателей. Воздух в манжету также нагнетается вручную с помощью груши.

Автоматические тонометры проводят всю процедуру самостоятельно после нажатия кнопки. Насос для накачивания воздуха встроен в корпус прибора. Помимо АД на дисплее отражаются данные о пульсе. Существуют запястные (имитирующие наручные часы) и плечевые автоматические тонометры. Давление на запястье не измеряется в медучреждениях, так как не дает точной информации.

При выборе сфигмоманометра нужно обратить внимание на размер манжеты. Он должен соответствовать длине окружности плеча (реже бедра) или быть максимально приближен к первому числу размера, указанного на манжете через тире. Все манометры следует подвергать ежегодной поверке и регулировке.

Что показывают цифры тонометра

На что указывают единицы измерения давления? Под нормой для взрослого (старше 17 лет) человека понимается АД равное 120/80 мм рт. ст.

Систематическое его снижение ниже 90/50 говорит об артериальной гипотензии. Значения, попадающие в диапазон 120-139/80-89 мм рт. ст., признаются как состояние прегипертонии. При этом увеличивается вероятность возникновения сердечных заболеваний.

Превышение отметки в 140/90 мм рт. ст. опасно для здоровья в любом возрасте и свидетельствует о перегрузке сердца и сбое в системе кровообращения. При регулярном повышенном давлении развивается артериальная гипертензия.

Встречается изолированная систолическая гипертензия. Когда систолическое АД поднимается выше 140 мм рт. ст., а диастолическое АД остается на уровне нормы.

Несоблюдение правил измерения кровяного давления сильно осложнит обнаружение болезни. Это приведет к прогрессированию или к обострению заболевания. Измерять АД следует регулярно.

Частота проведения процедуры зависит от самочувствия и наличия симптомов гипертонии:

  1. Ежегодно. Если имели место однократные эпизоды повышения АД, обнаруженные случайно;
  2. Ежемесячно Если давление повышается часто, но не значительно. Чаще это не отражается на самочувствии;
  3. Ежедневно. Если наблюдается стабильное повышение АД, ухудшается состояние, возникают обострения.

Допускаются различия в цифрах, полученных при измерении в поликлинике и дома, на 5 мм рт. ст.

ИМЕЮТСЯ ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ
НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ ЛЕЧАЩЕГО ВРАЧА

Автор статьи Иванова Светлана Анатольевна, врач-терапевт

Categories: Давление

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector