Hava basıncı neden her yöne doğru?

1. İşte hava basıncının tipik bir tanımı:

Hava basıncı, yukarıdaki hava moleküllerinin ağırlığından kaynaklanır. Küçük hava moleküllerinin bile bir ağırlığı vardır ve atmosferimizin katmanlarını oluşturan çok sayıda hava molekülü, aşağıda ne olursa olsun baskı yapan çok fazla ağırlığa sahiptir.

2. Yine de, gördüğüm tüm kaynaklar hava basıncının her yöne eşit olduğunu söylüyor.

1 & 2 çelişkili görünüyor.

İlgili soru:

Yukarıdan gelen hava basıncı neden bizi ezmiyor? Sürekli olarak gördüğüm cevap, aşağıdan eşit bir hava basıncının onu dengelediğidir. Ama eğer bir araba üzerimden yukarıdan dinleniyor ve beni eziyor olsaydı, o zaman aşağıdan basan başka bir araba bu baskıyı hafifletmeyecekti - sadece hissettiğim basıncı artıracaktı! Eğer kapalı bir dolapta olsaydım ve duvarlardan biri bana karşı baskı yapacak olsaydı, ve karşı duvar da bana da baskı yapacak olsaydı, ikinci duvar şeyleri "dengelemez", aksine sadece I hissediyordu!

Hava basıncı neden her yöne eşit?

Basınç yukarıdan ve aşağıdan eşit değilse, ince bir düz metal parçası için ne anlama geldiğini hayal edin. Yukarıdan aşağıya doğru itmek, net bir kuvvete eşit olacak şekilde aşağıdan yukarıya doğru itmekten daha fazla basınç olacaktır. Bu kuvvet, metal parçasını aşağı doğru hızlandırmaya başlayacaktır; hiçbir denge olmazdı. Şimdi metal parçayı unutun. Onsuz, basınç gradyanından aşağıya doğru akan hava molekülleri olurdu. Basınç gradyanını eşitleyene ve hareket etmeyi bırakana kadar acele ederlerdi.

Yukarıdan gelen hava basıncı neden bizi ezmiyor? Sürekli olarak gördüğüm cevap, aşağıdan eşit bir hava basıncının onu dengelediğidir.

Bu pek doğru değil. Basınç, yukarıdan ve aşağıdan eşit değildir, vücudunuz farklı bir basınç bölgesi olur. Aksine, tüm vücudunuz çevre ile aynı basınçtadır. Farkı anlamak için, havanın bir kısmının tahliye edilebileceği bir tankı (vakum tankı) düşünün. Depo çevreye eşit basınçta hava dolu olduğunda, kapak kolayca çıkarılabilir. Kabı mühürlerseniz, havanın bir kısmını dışarı pompalayın ve ardından kapağı çıkarmaya çalışın, çok sıkı bir şekilde sıkışmış olduğunu göreceksiniz. Bunun nedeni, iç ve dış arasındaki basınç gradyanının neden olduğu kapak üzerinde güçlü bir kuvvet olmasıdır.

Vücudunuzun atmosfer basıncında olması aslında çalışma şekli açısından çok önemlidir. Basıncın sıfıra yakın olduğu bir uzay gemisinden fırlatılmış olsaydınız, tüm gazlar (oksijen önemli olan oksijen) vücudunuzdaki sıvılardan buharlaşırdı.

Hava basıncı, yüzeye çarpan ve yansıtılan hava molekülleri tarafından vücudun yüzeyine uygulanır. Bu yansımaların her biri (saniyede gazilyonlar meydana gelir), yüzeye biraz itici etki yapar, bu da makroskopik olarak kalıcı bir kuvvet (alan birimi başına) anlamına gelir. Hava molekülleri neden sürekli sekiyor ve çarpıyor? Ya hava büyük hareket ettiği için (diğer bir deyişle "rüzgar") ya da düzensiz bir şekilde zıpladıkları için (diğer bir deyişle "sıcaklık"). İkinci hareket türü tercih edilen bir yön bilmez ve bu nedenle test yüzeyinin yönü ne olursa olsun basınç aynıdır. Net bir hareketin (rüzgar) olmaması, aynı kuvvetin ön taraftaki gibi ince bir yüzeyin arka tarafına etki etmesi ile ifade edilir (bu nedenle net kuvvet yoktur).

Öyleyse hava basıncı nasıl üstümüzdeki havanın ağırlığı ile ilgilidir? Gelen Denge hayali yatay yüzeyde aşağıdan hava basıncı tarafından sağlanmaktadır kuvvet onu ağırlığını eşit olduğunu, whoich yollarla "yerinde" üstündeki hava sütununu tutmak için yeterlidir. Her zaman dengeye ihtiyacımız yoktur, ama eğer o zaman güçler kirletici, dengeye ulaşılana kadar hızlanmaya ve harekete neden olur.

Soruları biraz bölmeye çalıştım, bir şey kaçırırsam yorum bıraktım.

Hava basıncı, yukarıdaki hava moleküllerinin ağırlığından kaynaklanır.

Bu gerçekten doğrudur. Hava basıncı üzerindeki hava miktarı ile orantılıdır: Yüksek bir dağda deniz seviyesinden daha az var. Diyagram bunu pratikte göstermektedir.

Hava basıncı her yöne eşittir.

Bu da doğrudur: Her yöne eşit olarak itecektir. Eğer eşit olmazsa, dengeye ulaşmaya çalışır. Hava molekülleri, onu yeryüzüne doğru çeken (sıkıştıran) yerçekimi kuvvetine ve onu iterek diğer moleküllerin kuvvetine maruz kalacaktır.

Kaynak

Yine de, gördüğüm tüm kaynaklar hava basıncının her yöne eşit olduğunu söylüyor.

Atmosferdeki küçük bir nokta için bu doğru olurdu. Her yöne etki eden eşit güç olurdu.

1 & 2 çelişkili görünüyor.

Örneğin, küçük küp şeklinde bir kap için çok küçük bir fark vardır, çünkü tabanın üstündeki havadan üst taraftan biraz daha yüksek bir basınca sahip olacağı ve basınç marjinal olarak daha yüksek olacaktır. Ancak bu yükseklikteki basınç düşüşü hem kutunun içinde hem de dışında gerçekleşecektir. Genel olarak, neredeyse tüm uygulamalar için basınç farkı göz ardı edilebilir.

Basınç formülle verilir,

${P = {\rho}gh}$

Nerede:

• ${\rho}$

• ${g}$

• ${h}$

Hava ve su gibi sıvıların üst sınırının altındaki herhangi bir noktadaki basınç , sıvı moleküllerin sürekli hareket halinde olması ve sürekli olarak birbirine çarpması nedeniyle her yönde aynıdır. Basınç, üstündeki sıvı miktarı nedeniyle sıvının derinliği ile artar, ancak yatay bir düzlemdeki herhangi bir nokta aynı basınca sahip olacaktır.

Bunu Dünya'nın kabuğundaki ve mantosundaki kayalarla karşılaştırın. Tektonik gerilmeleri göz ardı ederek, dikey yöndeki basınç hala

${P = {\rho}gh}$

Bununla birlikte, kayanın sağlam doğası nedeniyle, moleküller hızla hareket etmezler ve sürekli olarak birbirlerine çarpmazlar. Sonuç olarak, yanal yöndeki basınç, dikey yöndeki basınca eşit değildir ve kayadaki basınç / gerilim her yöne eşit değildir.

Bu kaynak , yanal basınç / gerilmeyi dikey basınç / gerilme ile ilişkili olarak verir.

${{\sigma}_h = k{\sigma}_v = k{\rho}gh}$

Basınç, moleküllerin çevrelerine uyguladığı ortalama dış kuvvettir.

Eğer her şeyi vurmak etrafında sıçrayan hava moleküllerini ele alırsanız, yanlara doğru iterler, ancak bahsettiğiniz gibi, aslında yukarı doğru ittiklerinden daha aşağı doğru iterler. Küçük bir alandaki havanın ağırlığı çok küçük olduğundan, bu fark genellikle ihmal edilebilir. Ancak, bu fark olmadan balonlar yüzemezdi. Bu küçük fark, yüzeydeki basınçlar aslında oldukça önemli olana kadar atmosferde toplanır.

Arabaların sizi ezmesinin nedeni, araç yüksek bir basınçla aşağıya doğru bastırdığında, aynı basınçla geri itene kadar yüzeyinizi içe doğru hareket ettirmesidir. Ne yazık ki sizin için, iç basıncınız arttıkça, yanlarınız etrafınızdaki havadan daha yüksek basınçta olur, bu nedenle hava sert bir şekilde geri itilmediğinden yanlarınız ezilir. Yani, sadece üstten ve alttan, hatta dört taraftan itmek yeterli değildir. İç basıncınızın yüksek basınca karşı rahatça geri itilebilmesi için burnunuz ve akciğerleriniz dahil olmak üzere her yönden itilmeniz gerekir.

Her iki ifade de doğrudur. Bu iki ifadenin nasıl bir arada varolabileceğini anlamanın en iyi yolu gaz basıncı kavramını anlamaktır.

Şimdi basıncı anlamak için gaz molekülleriyle dolu bir kaba bakıyoruz. Gaz molekülleri katı veya sıvı gibi davranmazlar. Bir gazda moleküller birbirlerine çekilmezler, bu yüzden nesnelere ve diğer gaz moleküllerine sıçrayan aşırı hızlarda uçarlar. Bu çarpışmalar esnektir, bu nedenle çarpışmalar sırasında enerji kaybı olmaz.

Bir çarpışma meydana geldiğinde, moleküller arasında bir tür enerji transferi gerçekleşir. Bununla birlikte, makroskopik düzeyde, aktarılan sıfır enerjiyi hesapladıkları çok fazla çarpışma meydana gelir. Bir gaz molekülünün yukarıdaki kaptan duvara çarpmak üzere olduğunu hayal edin. Molekül çarptığında zıplayan bir top gibi zıplayacak ve diğer yöne doğru gideceğini biliyoruz. Duvar ayrıca Newton'un ikinci yasası nedeniyle bir güç hissedecek . Ancak konteynerin diğer tarafında da aynı şey oluyor. Aslında aynı şey kabın dışında da oluyor. Tüm bu çarpışmalar bir kuvvet uygular, ancak hepsi birbirini iptal eder.

Şimdi bunu ilk ayrışmanıza uygulayalım. Belirttiğiniz gibi, hava basıncı yukarıdaki hava moleküllerinin ağırlığından kaynaklanır. Gaz molekülleri yeryüzüne doğru yer çekiminden etkilenir. Bir gaz molekülü yeryüzünün yüzeyine doğru çekilirken, başka bir gaz molekülüne çarpar ve başka bir yönde sıçrar. Şimdi bu özel çarpışmada birinci molekülün ikinci molekülün tepesine çarptığını söyleyelim. Bu, ikinci molekülün birinci molekülden daha da hızlı hareket etmesine neden olur. Bu, molekül yeryüzünün yüzeyinden sekene kadar tekrar tekrar olur. İlk tanımınız böyle elde edilir. Anahtar, bunun bir gaz basıncı olduğunu ve böylece her taraftan olduğunu hatırlamaktır.

Bu kavraması en zor kavramdır, çünkü birisi üstlerinde yüzlerce lira olduğunu duyduğunda, omuzlarında yüzlerce lira çelik levha hayal eder. Böyle düşünmeyin. Eğer kafanızda bir top düşerse sizi aşağı iter. Ancak kaçırırsa, yere çarpar, sıçrar ve size çarparsa, iki kuvvet birbirini iptal eder. İşin püf noktası, atmosferin baskısını "hissetmediğiniz" kadar küçük bir ölçekte çok sayıda çarpışma olduğunu fark etmektir.

Katı nesneler, her yönden eşit bir kuvvete karşı koymak konusunda çok iyidir. Hiç yumurtayı her yönden sıkarsanız ezemeyeceğinizi duydunuz mu? Aynı kavram vücudunuz için de geçerlidir. Atmosfer tüm yönlerden (hatta ciğerlerinizin içinden bile!) Çok zorluyor ama hepsi iptal ediyor.

Bunun aksine, içinde sadece birkaç gaz molekülü olan bir çelik tambur hayal edin, ne olurdu?

Şimdi bu serin olmasına rağmen, namlu kenarlarının da çöktüğüne dikkat edin. Bu, hava moleküllerinin yandan ittiği anlamına gelir, ancak içeriden geri itilecek hiçbir şey yoktu. Patlayan namludan atmosferin bizi çelik bir tamburu çökertmek için yeterince kuvvetle sıkıştırdığını görebiliyoruz. Ancak bu baskı her yönden uygulandığından kuvvetler iptal edilir ve hiçbir şey hissetmiyoruz.

Anlayışımı eklemek istiyorum, herkesin sebebini anlamasına yardımcı olması durumunda. Bu durumlarda her taraftan baskı oluşmasının nedeni, dengedeki sıvıların özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Atmosferde, örneğin, yukarıdan "tartılan" hava molekülleri, mümkünse hava kolonunun kenarlarını sıkıştıracaktır. Tabii ki değil, çünkü bitişik hava sütunu aynı kuvvet altındadır ve bu nedenle daha iyi değildirler. Gaz molekülleri her yönde enerjiktir veya başka bir deyişle, basınçtaki herhangi bir fark hareket (rüzgar) sağlayacağından , sıvı basıncı dengede ise bir yönde var olamaz .

Hissedeceğiniz yatay basıncı bilmek için üstünüzdeki sıvının ağırlığını (hava, okyanus vb.) Kullanmanızın nedeni, dengenin altındaki bir alanda olduğunuzu varsaymanızdır ve bu nedenle yukarıdaki nedenlerden "yatay" basınç "dikey" basınca eşittir.

Sevdiğim bir diğer sezgi, pnömatik piston fikri. Sıvıyı içeren silindirin patlamasını önlemek için güçlü olması gerekir. Sıvıyı metal bir çubukla değiştirdiyseniz ve bunun üzerine piston kuvveti koyduysanız, silindir duvarları hiçbir şey hissetmezdi.