По какой формуле можно рассчитать давление оказываемое

Формула давления в физике

Определение давления в физике

  • Общая формула давления
  • Единицы давления
  • Формула гидростатического давления
  • Парциальное давление и его формула
  • Формула давления идеального газа
  • Приборы для измерения давления
  • Рекомендованная литература и полезные ссылки
  • Расчет давления жидкости на дно и стенки сосуда, видео

  • Давление — очень важная физическая величина, играющая огромную роль, как в окружающей природе, так и жизни человека. Внешне незаметное человеческому глазу давление может очень хорошо ощущаться каждым из нас. Особенно хорошо это усвоили люди в возрасте, часто страдающие от повышенного давления (или наоборот от пониженного). Но в нашей статье мы больше поговорим именно о давлении в физике, о том, как оно измеряется и рассчитывается, какие есть формулы для расчетов давления разных субстанций: воздуха, жидкости или твердого тела.

    Определение давления в физике

    Под давлением в физике понимается термодинамическая величина, выраженная соотношением перпендикулярной силы давления на площадь поверхности, на которую она воздействует. При этом согласно закону Паскаля если система находится в состоянии равновесия, то давление на нее будет одинаковым для всех точек системы.

    В физике, как впрочем и химии, давление обозначают большой буквой Р, идущей от латинского слова «pressura» — давление. (В английском языке давление так и осталось почти без изменения — pressure).

    Общая формула давления

    Из классического определения того, что такое давление можно вывести общую формулу для его расчета. Выглядеть она будет таким образом:

    P = F/S

    Где F — это сила давления, а S — площадь поверхности на которую она действует. То есть иными словами формула нахождения давления — это сила, воздействующая на определенную поверхность, разделенная на площадь этой самой поверхности.

    Как видно из формулы, при расчете давления всегда действует следующий принцип: чем меньше пространство, на которое влияет сила, тем большее количество давящей силы на него приходится и наоборот.

    Это можно проиллюстрировать простым жизненным примером: хлеб легче всего порезать острым ножом, потому что у острого ножа заточенное лезвие, то есть площадь поверхности S из формулы у него минимальна, а значит, давление ножа на хлеб будет максимально равно приложенной силе F того кто держит нож. А вот тупым ножом порезать хлеб уже сложнее, так как у его лезвия большая площадь поверхности S, и давление ножа на хлеб будет меньшим, и значит, чтобы отрезать себе кусок хлеба нужно приложить большее количество силы F.

    Общая формула давления, по сути, отлично описывает формулу давления твердого тела.

    Единицы давления

    Согласно стандартам Международной метрической системы давление измеряется в паскалях. Один паскаль из классической формулы равен одному Ньютону (Как мы знаем, Ньютон у нас единица измерения силы) разделенному на один квадратный метр.

    Но увы на практике паскаль оказывается очень маленькой единицей и использовать его для измерения давления не всегда удобно, поэтому часто для измерения давления применяют другие единицы:

    • Бары — один бар равен 105 паскалей
    • Миллиметры водяного столпа
    • Метры водяного столпа
    • Технические и физические атмосферы

    Формула гидростатического давления

    Как мы знаем, разные агрегатные состояния вещества, имеют разные физические свойства. Жидкости своими свойствами отличаются от твердых тел, а газы в свою очередь отличаются от них всех. Поэтому вполне логично, что способы определения давления для жидкостей, твердых тел и газов также будут разными. Так, например, формула давления воды (или гидростатического давления) будет иметь следующий вид:

    P = p*g*h

    Где маленькая p — плотность вещества, g — ускорение свободного падения, h — высота.

    В частности эта формула объясняет, почему при погружении водолазов (или батискафа или подводной лодки) на глубину все больше возрастает давление окружающей воды. Также из этой формулы понятно, почему на предмет, погруженный в какой-нибудь кисель, будет воздействовать большее давление, чем на предмет, погруженный просто в воду, так как плотность киселя (p) выше, чем у воды, а чем выше плотность жидкости, тем выше ее гидростатическое давление.

    Приведенная нами формула гидростатического давления справедлива не только для жидкостей, но и для газов. Поэтому поднимаясь высоко в горы (где воздух более разрежен, а значит меньшее давление), как и спускаясь в подводные глубины, человек, водолаз или альпинист должен пройти специальную адаптацию, привыкнуть к тому, что на него будет воздействовать другое давление.

    Резкая смена давления может привести к кессоной болезни (в случае с водолазами) или к «горной» болезни (в случае с альпинистами). И «кесонка» и «горняшка», как их сленгово называют водолазы и альпинисты, вызвана резкой сменной давления окружающей среды. То есть, если не подготовленный человек начнет вдруг подниматься на Эверест, то он быстро словит «горняшку», а если этот же человек начнет опускаться на дно Мариинской впадины, то гарантировано получит «кесонку». В первом случае причиной будет не адаптация организма к пониженному давлению, а во втором — к повышенному.

    Американские водолазы в декомпрессионой камере, призванной подготовить их к глубоководным погружениям и адаптировать организм к высокому давлению океанских глубин.

    Парциальное давление и его формула

    Хотя формула гидростатического давления применима для газов, но давления для них удобнее вычислять по другой формуле, формуле парциального давления.

    Дело в том, что в природе редко встречаются абсолютно чистые вещества, причем это касается как жидкостей, так и газов. Обычно на практике в окружающем мире преобладают различные смеси, и логично, что каждый из компонентов такой смеси может оказывать разное давление, такое разное давление и называют парциальным. Определить парциальное давление просто — оно равно суме давлений каждого компонента рассматриваемой смеси. Отсюда формула парциального давления будет иметь следующий вид:

    P = P1+P2+P3

    Где P1, P2 и P3 — давления каждого из компонентов газовой смеси, так званный «идеальный газ».

    К примеру, чтобы определить давления воздуха обычной формулы гидростатического давления проделанной только с

  • кислородом
  • недостаточно, так как воздух в реальности представляет собой смесь разных газов, где помимо основного компонента кислорода, которым мы все дышим, есть и другие: азот, аргон и т. д.

    Такие расчеты нужно проделывать при помощи формулы парциального давления.

    Формула давления идеального газа

    Также стоит заметить, что давление идеального газа, то есть каждого отдельного из компонентов газовой смеси удобно посчитать по формуле молекулярно-кинетической теории.

    P = n*k*T

    Где n — концентрация молекул газа, T — абсолютная температура газа, k — постоянная Больцмана (указывает на взаимосвязь между кинетической энергией частицы газа и ее абсолютной температурой), она равна 1,38*10-23 Дж/К.

    Приборы для измерения давления

    Разумеется, человечество изобрело многие приборы, позволяющие быстро и удобно измерять уровень давления. Для измерения давления окружающей среды, оно же атмосферное давление используют такой прибор как манометр или барометр.

    Так выглядит классический барометр для измерения атмосферного давления.

    Чтобы узнать артериальное давление у человека, часто служащее причиной недомоганий используется прибор известный большинству под названием неинвазивный тонометр. Таких приборов существует множество разновидностей.

    Также биологи в своих исследованиях занимаются расчетами осмотического давления — это давление внутри и снаружи клетки. А метеорологи, в частности по перепадам давления в окружающей среде предсказывают нам погоду.

    Рекомендованная литература и полезные ссылки

    • Кузнецов В. Н. Давление. Большая Российская Энциклопедия. Дата обращения 27 августа 2016.
    • E.R. Cohen et al, «Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry», IUPAC Green Book, 3rd Edition, 2nd ing, IUPAC & RSC Publishing, Cambridge (2008). — p. 14.

    Расчет давления жидкости на дно и стенки сосуда, видео

    Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

    При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.

Читайте также:  Какая цифра что показывает в давлении

Источник

В чем измеряется артериальное давление у человека

Определение и формула давления

Определение Давление

— это физическая величина,характеризующая состояние сплошной среды. Оно равно пределу отношения нормальной составляющей силы, которая действует на участок поверхности тела площади $Delta S$ к размеру данной площади при $Delta S rightarrow 0$ . Обозначается давление буквой p. Тогда математической записью определения давления станет формула:

$$p=lim _{Delta S rightarrow 0} frac{Delta F_{n}}{Delta S}=frac{d F_{n}}{d S}$$

Выражение (1) определяет давление в точке.

Автоматические приборы

Автоматический аппарат, измеряющий артериальное давление у человека, прост в использовании, поэтому им сможет пользоваться даже ребенок. В комплекте с данным тонометром идет инструкция, объясняющая, как определить артериальное давление. Также на некоторых тонометрах имеется адаптер для изменения питания и специальная таблица, подсказывающая, как узнать, не покинуло ли внутрисосудистое напряжение нормальные рамки.

Измерительные функции такого устройства дополняют возможности полуавтоматических приборов, поэтому он самый точный и лучший среди всех аналогичных устройств. Данный аппарат имеет манжеты для измерения артериального давления и электрический монитор, позволяющий измерить давление, нажимая всего одну кнопку.

Этот тип тонометров разделяется на несколько разновидностей:

  • Плечевой.
  • Пальцевой.
  • Запястной.

Неважно, чем измеряется давление, а именно — каким автоматическим прибором. Цель каждого из них звучит одинаково — предоставить самые точные результаты. Любой автоматический электронный прибор, измеряющий давление самостоятельно, накачивает манжету для измерения давления воздуха. Она располагается на плече, пальце или запястье (в зависимости от выбора медицинского оборудования, предназначенного для фиксации внутрисосудистых показателей). Далее устройство спускает манжету, и показывает больному готовый результат.

Каждый из этих тонометров имеет адаптер для подключения к электросети, поэтому приобретая данные измерители давления, можно применять их как в поездке, дома, так и на курорте.

Читайте также:  Какое оптимальное давление в системе отопления

Плечевой тонометр

При гипертонии и гипотонии, других болезнях сосудисто-сердечной системы, характеризующихся повышением внутрисосудистого давления, лучше использовать аппараты для измерения давления плечевого типа. При этом подвергаются измерению крупные артерии, что позволяет узнать самый точный результат среди всех видов автоматических измерителей.

Запястной тонометр

Аппарат для измерения давления на запястье чаще всего применяется для контроля функциональности сосудистой системы у спортсменов. Такой прибор от давления называется браслет от гипертонии (или гипотонии, в зависимости от проблем больного).

Также измеритель давления на запястье позволяет проводить суточное измерение, чтобы проверить, как себя ведет сосудистая система на протяжении всего дня (при выполнении физических нагрузок и отдыха). Рекомендуется дополнительно измерять давление плечевым тонометром, ведь при исследовании может быть небольшая погрешность.

Чтобы применить браслет для измерения давления, потребуется надеть манжет на запястье, выбрать нужный режим и немного подождать, пока устройство измеряет внутрисосудистые значения. Учитывая, что измеритель давления на запястье компактен и легок в применении, им регулярно измеряют артериальное давление у людей, имеющих большие физические нагрузки или высокую активность, провоцирующую увеличение напряжения внутри сосудов.

Пальцевой тонометр

Пальцевые тонометры мало востребованы, ведь даже первое измерение данным устройством может показывать большую погрешность. Когда меряют давление у человека этим способом, подвергаются исследованию тонкие сосуды пальца. В итоге может быть недостаточно интенсивности кровотока в исследуемой области, и результаты будут ошибочными.

Автоматический или полуавтоматический аппарат для измерения давления на запястье, пальце или плече имеет адаптер для подключения к электричеству. Также пациент может самостоятельно мерить давление и дожидаться определения внутрисосудистых показателей, получая уже готовый результат. Это общее преимущество использования именно современных тонометров.

Гидростатическое давление

Гидростатическое давление — давление внутри столба жидкости или газа, находится по формуле:

$$p=p_{0}+rho g h(4)$$

где $rho$ — плотность вещества, g=9,8 м/с2 — ускорение свободного падения, h- высота столба вещества. p0 — внешнее давление на газ или жидкость.

Искривление поверхностного слоя жидкости ведет к возникновению дополнительного давления на жидкость, тогда давление под искривленной жидкостью определяется как:

$$p=p_{0}^{*}+2 sigma H(5)$$

где $mathrm{P}_{0}^{*}$ -поверхностное натяжение жидкости,p0* — давление под не искривлённым слоем жидкости, H — средняя кривизна поверхности жидкости, вычисляемая по закону Лапласа:

$$H=frac{1}{2}left(frac{1}{R_{1}}+frac{1}{R_{2}}right)$$

R1, R2 — главные радиусы кривизны.

Механические аппараты

Механический прибор для измерения артериального давления носит это название, ведь позволяет мерить давление, независимо от внешних факторов. Главное, чтобы человек был в силах накачать манжету и оценить результат. Данное оборудование состоит из манжеты для измерения артериального давления, манометра (для измерения давления воздуха внутри манжеты) и груши.

Механический аппарат для неинвазивного измерения артериального давления (также именуемый, как сфигмоманометр) используется следующим образом:

  1. Манжеты для измерения артериального давления надевают на руку, как можно выше к плечу и фиксируют специальной липучкой.
  2. На уши надевают фонендоскоп, подобный терапевтическому прибору, предназначенному для прослушивания грудной клетки. Другой его конец кладут на внутреннюю часть локтевого изгиба и слегка прижимают.
  3. Далее манжета для руки накачивается при помощи груши. Только после этого подводятся итоги и оценка артериального давления.

Чтобы узнать точные внутрисосудистые результаты, потребуется положить манометр для измерения перед собой, и накачивать грушу, пока пульс не перестанет прослушиваться фонендоскопом. Затем следует нащупать на груше небольшое колесико и провернуть его. В результате, манжета для измерения будет медленно сдуваться, а человеку потребуется хорошо прислушиваться к фонендоскопу.

В момент, когда прибор для измерения кровяного давления начнет громко пульсировать в ушах — он будет свидетельствовать о результатах систолических показателей, а на каких значениях затихнет — говорит о диастолических.

В целом, это очень популярный прибор измерения давления, но он требует специальных навыков и знаний, которыми владеет не каждый больной. Такие тонометры регулярно используются в поликлиниках.

В пенсионном возрасте измерить артериальное давление механическим устройством (без посторонней помощи) становится трудней. Если человек ранее не сталкивался с таким оборудованием, не понимает суть его работы, то вряд ли он сможет в старости научиться самостоятельно считывать информацию с манометра. Также в старости начинает слабеть слух — это вторая причина, по которой данная методика исследования тоже становится недоступна людям преклонного возраста.

Читайте также:  Какие продукты улучшают давление в сосудах головы

В результате, чтобы регулярно осуществлять механическим тонометром измерения давления у человека пожилого возраста, потребуется помощь близких. В случае, если пенсионер не имеет наследников или они редко посещают его, рекомендуется использовать усовершенствованные альтернативные устройства.

Ртутный механический тонометр

Также существует тонометр, осуществляющий измерение артериального давления при помощи ртути. Он имеет вместо манометра ртутный экран, которым и измеряют давление человека (оценивают результаты). Учитывая появление усовершенствованных аппаратов от давления, этот измеритель является не совсем удобным при эксплуатации, ведь не подлежит транспортировке.

По сути, этот измеритель давления на руку (ртутный тонометр) тоже имеет манжет. Работает аналогично современному механическому сфигмоманометру, но для его применения человеку потребуется сидеть за столом и смотреть на ртутный датчик. Во время оценки результата, ртутный столб будет находиться перед глазами, поэтому считывание информации не затруднит больного.

Точные науки

Единица измерения давления в физике и химии — буква «Р» (перевод на латинский — «pressūra). Если наблюдается равновесие внутри и снаружи стенок цилиндра, показатель обозначается «П». По международной системе используются Паскали. Используя формулу давления жидкости и силу, можно прийти к выводу, что 1 Па=1 Н/ 1 кв. м. Так как единица мала, применять её в расчётах сложно.

Из таблицы стандартных конвертеров в физике чаще используются обозначения:

  1. Бары. 1 Бар=105 Па.
  2. Торры либо мм ртутного столба (1 торр равен 133 Па).
  3. Мм вод. столба.

Для определения давления используется сила и площадь: Р = mg / S. Существует зависимость величины от объёма и массы. Для показателя характерно следующее свойство: чем меньше площадь, тем большая сила оказывается на тело. Если давление не изменяется, но увеличивается S, тогда искомый показатель уменьшается.

Виды величины

Давление может быть различным (избыточным, барометрическим). Абсолютное понятие характерно для вещества либо объекта, на которое не оказывают влияния иные газы. Показатель измеряется в Паскалях. Он вычисляется по следующему калькулятору: нормальное Р = Р2 + Р3 или Р = Р2 — Р4.

Начало отсчёта идёт от планеты Земля, силы внутри сосуда, из которого удалён воздух. Величина используется во многих термодинамических формулах. Для определения гравитации используется понятие барометрическое либо атмосферное давление. Оно изменяется с учётом температуры атмосферы, времени, высоты.

В норме показатель равняется 760 мм рт. ст., при этом температура должна соответствовать нулю по Цельсию. Чем выше находится объект от Земли, тем ниже оказывается на него давление. Значение уменьшается на 100 Па через каждый восьмой километр.

В горах вода закипает быстрее, чем в домашних условиях: давление воздействует на температуру кипения. Если оно снижается, уменьшается t. Зависимость сохраняется и в обратном порядке. На подобном свойстве функционируют некоторые кухонные приборы: скороварка, автоклав. При повышении номинального Р внутри поднимается температура.

Для расчётов применяется стандартная формула, где используются переменные:

  • плотность воздушных масс вблизи уровня Земли;
  • высота;
  • ускорение;
  • температура;
  • молярная масса.

Если количество частиц задано в молях, используется формула с постоянной величиной К. При проведении расчётов учитывается вероятность изменения температуры, что связано со сменой погоды, набором высоты, географической широтой. Если из атмосферного Р вычесть измеренное, получится избыточная сила. С учётом результата изменяется название показателя:

  • положительный — манометрический;
  • отрицательный — вакуумметрический.

Последнее значение не может превышать барометрический уровень. Разница давлений в разных точках называется дифференциальным явлением. Его используют, чтобы определить Р на определённом оборудовании. Такое понятие используется в нефтедобывающей отрасли.

Полуавтоматические устройства

Полуавтоматический измеритель артериального давления является упрощенным оборудованием, позволяющим померить давление любому человеку, независимо от образования и умственного развития. Полуавтоматические приборы продаются в аптеках по умеренной цене. Для использования данного аппарата потребуется:

  1. Надеть манжет для измерения, немного выше локтя (ближе к плечу), зафиксировать его.
  2. Затем нажать кнопку на оборудовании.
  3. Накачать манжет для измерения давления воздуха вручную, используя грушу.

В итоге, измерение давления у человека становится намного проще, ведь полуавтоматический измеритель артериального давления сам спускает манжет, и показывает уже готовые результаты.

Показатели артериального давления: зависимость от возраста

Средние значения АД часто меняются в зависимости от возраста и пола человека. У женщин до 40 лет показатели ниже, чем у мужчин, однако, после 41 года наблюдается обратная тенденция. Это обусловлено особенностями женского организма: во время детородного периода сохраняют свою активность специальные гормоны, укрепляют кровеносную систему женщины.

( 1 оценка, среднее 5 из 5 )

Источник