Πίεση και πυκνότητα

Η δύναμη που ασκείται σε μια μονάδα επιφάνειας μετράται ως πίεση. Η πυκνότητα είναι ο λόγος της μάζας μιας οντότητας προς τον όγκο της και είναι ένα μέτρο του πόσο σφιχτά είναι συσκευασμένο ένα δεδομένο πράγμα. Υπάρχει άμεση σχέση μεταξύ πίεσης και πυκνότητας. Μια αλλαγή στην πίεση προκαλεί αλλαγή στην πυκνότητα και το αντίστροφο.

Πίεση

Η δύναμη που εφαρμόζεται κάθετα στην επιφάνεια ενός αντικειμένου ανά μονάδα επιφάνειας στην οποία εξαπλώνεται αυτή η δύναμη είναι γνωστή ως πίεση (σύμβολο:p ή P). Η πίεση σε σχέση με την πίεση περιβάλλοντος είναι γνωστή ως πίεση μετρητή (μερικές φορές γράφεται η πίεση μετρητή).

Η πίεση μετριέται με διάφορους τρόπους. Το pascal (Pa), για παράδειγμα, είναι ένα Newton ανά τετραγωνικό μέτρο (N/m2) στο σύστημα SI. Ομοίως, η λίβρα-δύναμη ανά τετραγωνική ίντσα (psi) είναι η τυπική μονάδα πίεσης στα αυτοκρατορικά και τα συνηθισμένα συστήματα των ΗΠΑ. Η ατμόσφαιρα (atm) είναι ίση με αυτήν την πίεση και το torr είναι το 1/760 αυτής. Μανομετρικές μονάδες όπως εκατοστά νερού, χιλιοστά υδραργύρου και ίντσες υδραργύρου χρησιμοποιούνται για την έκφραση των πιέσεων ως προς το ύψος της στήλης ενός ρευστού σε ένα μανόμετρο.

Το ποσό της δύναμης που παρέχεται κάθετα στην επιφάνεια ενός αντικειμένου ανά μονάδα επιφάνειας είναι γνωστό ως πίεση. Το σύμβολο για αυτό είναι "p" ή P. Για την πίεση, η IUPAC συμβουλεύει να χρησιμοποιήσετε ένα πεζό p. Το κεφαλαίο P, από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιείται συχνά. Η εφαρμογή του P vs p καθορίζεται στο πεδίο στο οποίο εργάζεται κάποιος, στην παρουσία πρόσθετων συμβόλων που υποδηλώνουν ποσότητες όπως η ισχύς και η ορμή σε άμεση γειτνίαση και το στυλ γραφής.

Τύπος πίεσης

Μαθηματικά

P =F/A 

Πού, 

Το P είναι πίεση

Το F είναι δύναμη

Το A είναι περιοχή

Η ποσότητα της πίεσης είναι μια κλιμακωτή ποσότητα. Συνδέει την κανονική δύναμη που ασκείται στην επιφάνεια με το στοιχείο διανυσματικής περιοχής (ένα διάνυσμα κανονικό στην επιφάνεια).

Μονάδες πίεσης

Το pascal (Pa) είναι μια μονάδα SI για την πίεση, ισοδύναμη με ένα Newton ανά τετραγωνικό μέτρο (N/m2, ή kgm-1 s-2). Η πίεση στο SI εκφραζόταν παλαιότερα σε νιούτον ανά τετραγωνικό μέτρο και αυτή η ονοματολογία για τη μονάδα προστέθηκε το 1971. Προηγουμένως, η πίεση σε SI εκφραζόταν απλώς σε νιούτον ανά τετραγωνικό μέτρο.

Πυκνότητα

Η πυκνότητα μιας ουσίας ορίζεται ως η μάζα της ανά μονάδα όγκου (ακριβέστερα, η ογκομετρική της πυκνότητα μάζας· επίσης γνωστή ως ειδική μάζα). Αν και το λατινικό γράμμα D μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί, το σύμβολο για την πυκνότητα είναι ρ (το πεζό ελληνικό γράμμα rho).

ρ=mV

όπου η πυκνότητα είναι , η μάζα είναι m και ο όγκος είναι V. Σε ορισμένα περιβάλλοντα (για παράδειγμα, στις επιχειρήσεις πετρελαίου και φυσικού αερίου στις Ηνωμένες Πολιτείες), η πυκνότητα ορίζεται χονδρικά ως το βάρος ανά μονάδα όγκου. Αυτή η ποσότητα είναι ακριβέστερα γνωστή ως ειδικό βάρος, παρά το γεγονός ότι αυτό είναι επιστημονικά εσφαλμένο.

Το "ειδικό βάρος" ή "σχετική πυκνότητα", μια αδιάστατη ποσότητα, δηλαδή η αναλογία της πυκνότητας του υλικού προς αυτή ενός τυπικού υλικού, συνήθως νερού, χρησιμοποιείται περιστασιακά για να διευκολύνει τις συγκρίσεις πυκνότητας μεταξύ διαφορετικών συστημάτων μονάδων. Ως αποτέλεσμα, εάν η σχετική πυκνότητα μιας ουσίας είναι μικρότερη από μία, θα επιπλέει στο νερό.

Μονάδες πυκνότητας

Η πυκνότητα μάζας έχει οποιαδήποτε μονάδα που διαιρείται με τον όγκο, σύμφωνα με την εξίσωση πυκνότητας ( =m/V). Υπάρχουν πολλές ξεχωριστές μονάδες για την πυκνότητα μάζας επειδή υπάρχουν τόσες πολλές διαφορετικές μονάδες για τη μάζα και τον όγκο που καλύπτουν τόσα πολλά διαφορετικά μεγέθη. Η μονάδα SI των χιλιογράμμων ανά κυβικό μέτρο (kg/m3) και η μονάδα cgs των γραμμαρίων ανά κυβικό εκατοστό (g/cm3) είναι οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μονάδες πυκνότητας. 1000 kg/m3 ισούται με ένα g/cm3. Ένα χιλιοστόλιτρο ισούται με ένα κυβικό εκατοστό (συντομογραφία cc). Άλλες μεγαλύτερες ή μικρότερες μετρήσεις μάζας και όγκου είναι συνήθως πιο πρακτικές στη βιομηχανία και μπορούν να χρησιμοποιηθούν συνήθεις μονάδες των ΗΠΑ. Μια λίστα με μερικές από τις πιο συχνές μονάδες πυκνότητας μπορεί να βρεθεί παρακάτω.

Σχέση μεταξύ πίεσης και πυκνότητας

Η σχέση μεταξύ πίεσης και πυκνότητας είναι ξεκάθαρη. Δηλαδή η πίεση είναι ανάλογη της πυκνότητας. Αυτό σημαίνει ότι –

• Όταν αυξάνεται η πίεση, αυξάνεται και η πυκνότητα.
• Η πυκνότητα μειώνεται όταν μειώνεται η πίεση.
• Όταν αυξάνεται η πυκνότητα, αυξάνεται και η πίεση.
• Η πίεση μειώνεται καθώς μειώνεται η πυκνότητα.

Συμπέρασμα

Ο όρος «πυκνότητα» αναφέρεται στην ποσότητα κάτι ανά μονάδα όγκου, αλλά μπορεί επίσης να αναφέρεται σε μη φυσικές και αφηρημένες ιδέες, όπως η πυκνότητα του νου.

Τα μαθηματικά όρια για την ύλη και τον χωρικό όγκο είναι 0 και άπειρα, αλλά κανένα από τα δύο δεν εμφανίζεται στη φύση. Έχουμε ένα κενό στη χαμηλότερη πυκνότητα, αλλά αν κοιτάξετε προσεκτικά ένα κενό, θα παρατηρήσετε ότι έχει ένα εικονικό υπόβαθρο σωματιδίων, επομένως στην πράξη δεν υπάρχει συνολικό κενό.

Στην κλίμακα άπειρης πυκνότητας, μπορούμε να δούμε ότι όταν μεγεθύνουμε πιο κοντά στην κβαντική κλίμακα, ο λόγος της ύλης προς το διάστημα διευρύνεται. Συγκριτικά, αν ανατινάξετε ένα πορτοκάλι στο μέγεθος της Γης, ένα άτομο σε αυτό το πορτοκάλι θα είχε το μέγεθος ενός κερασιού. Εάν ανατινάξετε αυτό το άτομο στο μέγεθος ενός σταδίου ποδοσφαίρου, ο πυρήνας στο κέντρο του γηπέδου θα έχει το μέγεθος ενός κόκκου άλατος και ο πυρήνας είναι εκατοντάδες φορές μεγαλύτερος από το ηλεκτρόνιο.

Η βαρύτητα, η επιτάχυνση και οι δυνάμεις σε ένα περιορισμένο δοχείο μπορούν όλα να δημιουργήσουν πίεση ρευστού. Επειδή ένα ρευστό δεν έχει καθορισμένο σχήμα, ασκεί πίεση προς όλες τις κατευθύνσεις. Οι υδραυλικές συσκευές μπορούν επίσης να αυξήσουν την πίεση του υγρού, η οποία αλλάζει με την ταχύτητα του υγρού.