Давление для чайников: определение, объяснение простыми словами

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

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).

Механический рычаг, момент силы

О механическом рычаге говорил еще Архимед, когда обещал перевернуть Землю, если только найдется подходящая точка опоры. Это простой механизм, который помогает поднимать грузы, закрепленные на одном его конце, прилагая силу к другому концу. При этом вес груза намного превосходит прилагаемое усилие. В 7 классе физические формулы, описывающие этот процесс, изучаются в том же разделе динамики.

Рычаг находится в равновесии, если произведение силы на плечо с одной его стороны равно произведению силы на плечо с другой стороны.

Общая формула

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.

Механическое движение: формулы за 7 класс

Для того, чтобы описать движение, требуется тело отсчета, система координат, а также инструмент для измерения времени. Это составляющие системы отсчета.

Изучение механического движения в курсе по физике за 7 класс включает следующие термины:

• Перемещение тела — вектор, проведенный из начальной точки в конечную.
• Траектория движения — мысленная линия, вдоль которой перемещается тело.
• Путь — длина траектории тела от начальной до конечной точки.
• Скорость — быстрота перемещения тела или отношение пройденного им пути ко времени прохождения.
• Ускорение — быстрота изменения скорости, с которой движется тело.

Формула скорости равномерного прямолинейного движения:

V = S / t, где S — путь тела, t — время, за которое этот путь пройден.

Формула скорости равномерного криволинейного движения:

где S1 и S2 — отрезки пути, а t1 и t2 — время, за которое был пройден каждый из них.

Единица измерения скорости в СИ: метр в секунду (м/с).

Формула скорости равноускоренного движения:

V = V0 + at, где V0— начальная скорость, а — ускорение.

Единица измерения ускорения в СИ: м/с2.

Единицы измерения

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:

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.

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.

Сила тяжести, вес, масса, плотность

Формулы, понятия и определения, описывающие эти физические характеристики, изучают в 7 классе в рамках такого раздела физики, как динамика.

Вес тела измеряется в ньютонах, масса тела — в граммах и килограммах.

Формула веса:

P = mg, где m — масса тела, g — ускорение свободного падения.

Ускорение свободного падения возникает под действием силы тяжести, которой подвержены все находящиеся на нашей планете тела.

g = 9,806 65 м/с2 или 9,8 Н/кг

Если тело находится в покое или в прямолинейном равномерном движении, его вес равен силе тяжести.

Fтяж = mg

Но эти понятия нельзя отождествлять: сила тяжести действует на тело ввиду наличия гравитации, в то время как вес — это сила, с которой само тело действует на поверхность.

Формула плотности:

ρ = m / V, где m — масса тела или вещества, V — занимаемый объем.

Единица измерения плотности в СИ: кг/м3.

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

кислородомнедостаточно, 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.

Шпаргалки по физике за 7 класс

В рамках одной статьи сложно охватить весь курс по физике, но мы осветили основные темы за 7 класс и этого достаточно, чтобы освежить знания в памяти. Скачайте и распечатайте обе шпаргалки — одна из них (подробная) пригодится для вдумчивой подготовки к ОГЭ и ЕГЭ, а вторая (краткая) послужит для решения задач.
.

.

Для тех, кто находится на домашнем обучении или вынужден самостоятельно изучать материал ввиду пропусков по болезни, рекомендуем также учебник по физике А. В. Перышкина с формулами за 7 класс и легкими, доступными пояснениями по всем темам. Он был написан несколько десятилетий назад, но до сих пор очень популярен и востребован.

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.

Закон Архимеда

Формула архимедовой силы:

Fa = ρ × g × V, где ρ — плотность жидкости, V — объем жидкости, g — ускорение 9,8 м/с2.

Закон Архимеда помогает рассчитать, как поведет себя тело при погружении в среды разной плотности. Верны следующие утверждения:

• если плотность тела выше плотности среды, оно уйдет на дно;
• если плотность тела ниже, оно всплывет на поверхность.

Другими словами, тело поднимется на поверхность, если архимедова сила больше силы тяжести.

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 [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.

Страница про автора

Уравнение равновесия рычага:

F1 × l1 = F2 × l2

Из этого следует, что рычаг уравновешен, когда модули приложенных к его концам сил обратно пропорциональны плечам этих сил.

Формула момента силы:

M = F × l, где F — модуль силы, l — длина плеча.

Единица измерения момента силы в СИ: ньютон-метр (Н·м).

Эта формула верна, если сила приложена перпендикулярно оси рычага. Если же она прилагается под углом, такой случай выходит за рамки курса физики за 7 класс и подробно изучается в 9 классе.

Можно сказать иначе: рычаг в равновесии, если сумма моментов всех приложенных к нему сил относительно любой оси равна нулю.

М1 + М2 + Мn + … = 0

Состояние сосудистой системы при повышении артериального давления

Сосуды представляют собой полые эластичные трубки, по которым кровь разносится по всему организму. Существует несколько разновидностей сосудов:

• артерии;
• вены;
• артериолы;
• венулы;
• капилляры;
• артериоло-венулярные шунты.

Кроме транспортировки крови, каждый из сосудов выполняет определенные функции. Определяется она особенностями их строения. Стенки артерий и артериол в основном представлены мышечными и эластичными волокнами. Это обеспечивает им хорошие показатели растяжимости, поэтому артерии хорошо проводят пульсовую волну, распространяемую миокардом.

Благодаря мышечному слою сосуд быстро уменьшает/увеличивает просвет сосуда, что оказывает влияние на текущий уровень артериального давления. Для вен и венул характерно наличие особых клапанов. К тому же их стенка несколько тоньше, нежели у артерий. Клапаны препятствуют обратному оттоку крови. Более тонкие стенки сосудов облегчают продвижение крови, поскольку задача «проталкивания» крови выполняется за счет сокращения скелетных мышц.

При вдохе происходит растяжение тканей легких и расположенных в ней вен. За счет этого осуществляется «подъем» крови из нижних отделов. В итоге происходит возврат крови к миокарду. Задача капилляров – обеспечение газообмена. Они имеют очень тонкие стенки, состоящие только из одного слоя (эндотелия). Артериоло-венулярные шунты необходимы для перехода крови из артериол в венулы, минуя капилляры.

В результате физиологического старении и негативного влияния, оказываемого различными заболеваниями, в структуре кровеносных сосудов происходят необратимые изменения. В результат этого меняется и качество выполняемых ими функций. Так, при запущенной форме артериальной гипертензии стенки сосудов постоянно испытывают значительное давление со стороны тока крови.

Подобная продолжительная нагрузка становится причиной истощения и изнашивания эластичного и мышечного слоев. Под воздействием негативных изменений сосуды трансформируются в тонкостенные трубки, неспособные давать адекватную реакцию на изменение объема циркулирующей крови. В дальнейшем это становится причиной развития аневризмы либо инсульта.

Итак, при повышенном давлении сосуды расширены или сужены? При любом колебании уровня АД – повышении либо понижении – происходят определенные изменения в состоянии всех артерий. В случае увеличения происходит быстрое сжатие мышечного слоя, в результате чего просвет значительно уменьшается. Происходит замедление движения крови.

Если схема саморегуляции не нарушена, то происходит самостоятельное расширение сосудистого просвета и давление стабилизируется. Развившиеся хронические заболевания могут нарушать работу регуляционной схемы, что приводит к формированию артериальной гипертензии. Потенциальными причинами повышения АД могут выступать разные патологии, в частности, феохромоцитома.

Опухоль делает работу регуляционной схемы некорректной. Образование продуцирует специфические гормоны, вызывающие развитие тахикардии (учащение сердцебиения). Одновременно с этим происходит сужение сосудов, расположенных на периферии. Итог – увеличение уровня АД.

Следующая опасная патология – стеноз (спазм) сосудов почек. Состояние становится следствием нефроптоза (смещения почек вниз) либо атеросклероза. На фоне сужения почечных артерий происходит качественное – на рефлекторном уровне – изменение объема веществ рениновой системы:

• рост объема альдостерона вызывает увеличение циркулирующей крови;
• антиотензин способствует сужению сосудистых просветов, усиливая симптоматику ишемии.

В итоге формируется замкнутый круг. Компоненты системы РААС увеличивают стеноз сосудов, что, в свою очередь, только усиливает патологическую реакцию.

Сопутствующие факторы

Показатели артериального давления постоянно меняются и во многом зависят от влияния внешних факторов. Спровоцировать повышение АД могут:

• прием алкогольных напитков;
• активное и пассивное курение;
• наличие избыточного веса – особенно опасно в этом плане сильное ожирение;
• общая интоксикация организма;
• избыточное присутствие соли и соленых продуктов в суточном рационе;
• ведение малоподвижного образа жизни;
• хронические патологии;
• регулярный недосып;
• быстрая смена позы;
• чрезмерные физические нагрузки.

Пониженное АД

Гипотензия (гипотония), представляет собой состояние, когда давление крови понижается ниже нормы, оно бывает двух типов: острая и хроническая.

При острой форме гипотензии резко уменьшается получение кислорода головным мозгом (гипоксия) и ухудшается функция основных органов человека, что приводит к необходимости безотлагательной медицинской помощи. Серьёзность положения обусловливается в этой ситуации не столько уровнем давления крови в сосудах, сколько скоростью и величиной его падения.

Артериальная гипотония этой формы проявляется сильной нехваткой объема крови в сосудах. Еще давление может понизиться из-за серьезной интоксикации нитроглицерином, алкоголем, наркотическими веществами, сильными медикаментами такими как: клофелин, нифедипин. А также при сильном инфицировании, сепсисе, обезвоживании и большой потере крови.

Поэтому острая гипотензия ухудшает протекание любой болезни. А причина ее возникновения, должна в первую очередь, приниматься во внимание при экстренной медицинской помощи.

Люди, иногда испытывающие незначительное падение давления, не подвержены большой опасности и осложнениям сердечно-сосудистой системы, как люди, страдающие повышенным давлением. Но им зря оказывается мало внимания. Наряду с этим, в преклонном возрасте, гипотензия увеличивает шансы на возникновение ишемического инсульта. А у молодых людей понижает работоспособность, что сильно сказывается еще и на качестве их жизни.

У некоторых людей, при перемене положения тела из горизонтального в вертикальное, отмечается резкое снижение артериального давления. Как правило, оно длится в течение нескольких секунд. Такая гипотония обычно появляется с утра, и может характеризоваться ухудшением кровоснабжения мозга, а также шумом в ушах, головокружением, и потемнением в глазах. Порой она ведёт к потере сознания и поэтому представляет опасность возникновения ишемического инсульта, а также появлению травм после падения. Тяжелые болезни, перенесенные операции и некоторые лекарственные средства, долгое лежачее состояние пациента, всегда будут содействовать появлению ортостатической гипотензии.

Хроническая артериальная гипотония может сопровождаться нервным состоянием, подавленностью, быстрой утомляемостью, невысокой трудоспособностью, болью в голове, предрасположенностью к потере сознания. Порой болью в сердце. Свойственны также слабая переносимость холода, зноя, душных помещений и тяжелых физических нагрузок.

Отчего это бывает?

Для некоторых людей хроническая гипотензия является нормальным состоянием. И возникает по причине больших спортивных нагрузок на организм, при постоянном пребывании в тропическом климате, в высокогорных районах, либо за чертой полярного круга. В таких ситуациях пониженное давление крови не считается болезнью и человек практически не чувствует его.

Иногда хроническая гипотония становится болезнью или сопутствует другим заболеваниям, поэтому требует лечения. К ее возникновению ведёт плохое состояние сосудов, либо сокращение выброса объема крови сердцем.

Обследование

Выявить пониженное артериальное давление помогает регулярные замеры АД в различное время суток.

Обследование непременно включает в себя поиск причины, которая привела к понижению артериального давления. Для этого медицинский специалист, кроме детального осмотра больного, может прописать электрокардиограмму или доплеровскую эхокардиографию.

Артериальное давление – серьезный показатель здоровья человека, он нуждается в периодическом наблюдении.

Повышенное АД

Увеличение артериального давления наступает тогда, когда сердце с большей силой выбрасывает кровь в сосуды либо при усилении сопротивления в сосудах. Существенную роль в нормализации давления играют почки.

Повышенное давление может практически не ощущаться, протекать бессимптомно. Либо при повышении АД можно испытать такие симптомы:

• головная боль, возможно, в области затылка;
• боль в висках;
• стук пульса в ушах;
• потемнение в глазах;
• тошнота;
• чувство нехватки воздуха.

Имеются две основные категории артериальной гипертензии:

• Артериальная гипертензия или, как ее еще называют, гипертония. Это болезнь, причиной которой, является увеличение кровяного давления в артериях. И она не является последствием болезней иных органов человека, таких как: почки, эндокринная система и сердце.
• Вторичные гипертензии (артериальные гипертензии), косвенные или симптоматические, то есть вызванные другими заболеваниями. Это изменения, во время которых поднятие АД имеет связь с некоторыми болезнями либо дефектами органов и систем, принимающих участие в регулировке давления в артериях.

  В такой ситуации, гипертензия бывает почечной – при воспалении почек, центральной – в случае повреждений мозга. А еще, пульмоногенной, при хронических заболеваниях дыхательной системы и в результате заболеваний надпочечников либо щитовидной железы. Гемодинамической, при повреждении клапана аорты либо при нарушении работы сердца. Имеет значение то, что терапия подобного типа гипертензии – это лечение заболевания, которое ее вызвало. Артериальная гипертензия обычно перестает беспокоить в результате ликвидации первостепенной болезни.

Отчего зависит повышенное давление в артериях?

Повторяющиеся время от времени увеличения давления внутри артерий, может образоваться из-за неправильного дыхания во время сна. Также нередко возникает рост артериального давления по причине стрессовых ситуаций или невротических расстройств. Кроме того, давление крови имеет возможности сильно подскочить, даже до критических показателей, из-за неграмотного употребления определенных лекарственных препаратов, излишнего потребления напитков с содержанием кофеина и прочих стимуляторов.

Обследование

Чтобы диагностировать заболевание, используют постоянные замеры артериального давления в течении нескольких суток в различное время дня и ночи, формируя точный профиль изменений кровяного давления. Эти записи могут сопоставить с ЭКГ.

С целью обследования болезни ещё могут использовать целый набор диагностических методик, нацеленных на изучение повышения АД. Основанием возникновения гипертензий бывают болезни связанные с почками, по этой причине делают исследование на основе контрастного рентгена сосудов и УЗИ почек. В самом начале, для выявления поврежденных сосудов, ориентируются на данные ультразвуковой допплерографии.

В обязательном порядке обследуется работа сердца с использованием электрокардиограммы в различных состояниях, таких как: холтеровский мониторинг, ЭКГ покоя, тесты с использованием нагрузок на беговой дорожке, а также эхокардиография. Еще в диагностике гипертензии играет важную роль глазное дно пациента, в нем как в зеркале, отражается состояние всех вен и артерий не только глаза, но и мозга. Поэтому кроме консультирования у кардиолога важно будет и посещение, специализирующегося в этих вопросах, окулиста.

Зависит ли давление от веса человека

Безусловно! Ожирение является главной причиной неправильного кровообращения и давление на вены и сосуды. С каждым лишним килограммом массы тела повышается и артериальное давление.

Клинически доказано, что похудение является одним из важных методов борьбы с гипертоний.