เนื้อหา
ความดันในวิชาฟิสิกส์จะถูกหารด้วยพื้นที่หน่วย แรงก็คือมวลคูณด้วยความเร่ง สิ่งนี้อธิบายได้ว่าทำไมนักผจญภัยในฤดูหนาวจึงปลอดภัยกว่าน้ำแข็งที่มีความหนาที่น่าสงสัยถ้าเขานอนลงบนพื้นผิวแทนที่จะยืนตัวตรง แรงที่เขากระทำบนน้ำแข็ง (มวลของเขาคูณกับความเร่งที่ลดลงเนื่องจากแรงโน้มถ่วง) เหมือนกันในทั้งสองกรณี แต่ถ้าเขานอนราบแทนที่จะยืนบนสองเท้าแรงนี้จะกระจายไปทั่วพื้นที่ที่ใหญ่กว่า ความดันวางอยู่บนน้ำแข็ง
ตัวอย่างข้างต้นเกี่ยวข้องกับแรงดันสถิตนั่นคือไม่มีสิ่งใดใน "ปัญหา" นี้ที่กำลังเคลื่อนที่ (และหวังว่ามันจะยังคงเป็นเช่นนั้น!) ความดันแบบไดนามิกนั้นแตกต่างกันซึ่งเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของวัตถุผ่านของเหลว - นั่นคือของเหลวหรือก๊าซ - หรือการไหลของของเหลวเอง
สมการความดันทั่วไป
ดังที่ระบุไว้ความดันคือแรงหารด้วยพื้นที่และแรงคือมวลคูณความเร่ง มวล (ม.) อย่างไรก็ตามยังสามารถเขียนเป็นผลิตภัณฑ์ของความหนาแน่น (ρ) และปริมาณ (V) เนื่องจากความหนาแน่นเป็นเพียงมวลหารด้วยปริมาตร นั่นคือตั้งแต่ ρ = ม./V, ม. = ρV. นอกจากนี้สำหรับรูปทรงเรขาคณิตปกติปริมาตรหารด้วยพื้นที่ก็ให้ความสูง
ซึ่งหมายความว่าสำหรับพูดคอลัมน์ของของเหลวที่ยืนอยู่ในกระบอกสูบความดัน (P) สามารถแสดงในหน่วยมาตรฐานต่อไปนี้:
P = {mg above {1pt} A} = {ρVg above {1pt} A} = ρg {V above {1pt} A} = ρghที่นี่ ชั่วโมง คือความลึกใต้พื้นผิวของของไหล นี่แสดงให้เห็นว่าความดันที่ระดับความลึกของของเหลวไม่ได้ขึ้นอยู่กับว่ามีของเหลวอยู่มากแค่ไหน คุณอาจอยู่ในถังขนาดเล็กหรือในมหาสมุทรและความดันขึ้นอยู่กับความลึกเท่านั้น
แรงดันแบบไดนามิก
เห็นได้ชัดว่าของเหลวไม่ได้นั่งอยู่ในถัง พวกมันเคลื่อนไหวบ่อยครั้งที่ถูกสูบผ่านท่อเพื่อไปจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง การเคลื่อนย้ายของเหลวออกแรงดันวัตถุภายในพวกมันเช่นเดียวกับของเหลวที่ยืนอยู่ทำ แต่ตัวแปรเปลี่ยนแปลง
คุณอาจเคยได้ยินว่าพลังงานทั้งหมดของวัตถุคือผลรวมของพลังงานจลน์ของมัน (พลังงานของการเคลื่อนที่) และพลังงานศักย์ (พลังงานที่ "เก็บ" ในการบรรทุกในฤดูใบไม้ผลิหรืออยู่เหนือพื้นดิน) และสิ่งนี้ ยอดรวมคงที่ในระบบปิด ในทำนองเดียวกันความดันทั้งหมดของของเหลวก็คือแรงดันสถิตของมันโดยการแสดงออก ρgh ที่ได้รับข้างต้นเพิ่มความดันแบบไดนามิกที่กำหนดโดยการแสดงออก (1/2) ρv2.
สมการเบอร์นูลลี
ส่วนด้านบนเป็นรากศัพท์ของสมการวิกฤตในวิชาฟิสิกส์โดยมีความหมายสำหรับสิ่งใดก็ตามที่เคลื่อนที่ผ่านของไหลหรือประสบการณ์การไหลของมันเองรวมถึงเครื่องบินน้ำในระบบประปาหรือเบสบอล อย่างเป็นทางการก็คือ
P_ {total} = ρgh + {1 above {1pt} 2} ρv ^ 2ซึ่งหมายความว่าหากของเหลวเข้าสู่ระบบผ่านท่อที่มีความกว้างที่กำหนดและที่ความสูงที่กำหนดและปล่อยให้ระบบผ่านท่อที่มีความกว้างแตกต่างกันและที่ความสูงแตกต่างกันความดันทั้งหมดของระบบยังคงคงที่
สมการนี้อาศัยสมมติฐานหลายประการนั่นคือความหนาแน่นของของเหลว ρ ไม่เปลี่ยนแปลงการไหลของของเหลวนั้นคงที่และแรงเสียดทานนั้นไม่ใช่ปัจจัย แม้ว่าจะมีข้อ จำกัด เหล่านี้สมการก็ยังมีประโยชน์เป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่นจากสมการของเบอร์นูลลีคุณสามารถกำหนดได้ว่าเมื่อน้ำออกจากท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าจุดที่เข้าจะทำให้น้ำเคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น (ซึ่งอาจเป็นสัญชาตญาณแม่น้ำจะแสดงความเร็วมากขึ้นเมื่อผ่านช่องแคบ ) และความดันที่ความเร็วสูงกว่าจะลดลง (ซึ่งอาจไม่ง่าย) ผลลัพธ์เหล่านี้ติดตามจากการเปลี่ยนแปลงของสมการ
P_1 - P_2 = {1 above {1pt} 2} ρ ({v_2} ^ 2 - {v_1} ^ 2)ดังนั้นหากเงื่อนไขเป็นบวกและความเร็วทางออกมีค่ามากกว่าความเร็วในการเข้า (นั่นคือ โวลต์2 > โวลต์1) ความดันทางออกจะต้องต่ำกว่าแรงดันทางเข้า (นั่นคือ P2 < P1).