مفهوم کمیت فشار

فشار به معنی نیروی وارد شده بر واحد مساحت است. به عبارتی، فشار نشان دهندهٔ میزان نیرویی است که بر روی سطحی خاص اعمال می‌شود. واحد متداول فشار در سیستم بین‌المللی (SI) پاسکال (Pa) است که معادل نیروی یک نیوتن بر روی یک متر مربع می‌باشد.

فشار در سیالات (مایعات و گازها) به طور عمومی به سه دلیل اصلی ایجاد می‌شود:

نیروی گرانشی: فشار ناشی از وزن سیال بالای یک نقطه معین.
حرکت سیال: در اثر جریان و حرکت ذرات سیال، فشار تغییر می‌کند.
نیروهای خارجی: مانند فشاری که بر روی دیواره‌های یک ظرف بسته وارد می‌شود.

فرمول فشار

فرمول محاسبه فشار به صورت زیر است:

P=FA

که در آن:

P = فشار F = نیروی وارد شده A = مساحت سطح

در علوم هیدرولیک و پنیوماتیک محاسبه قطر پیستون سیلندر بر حسب نیرویی که لازم است سیلندر تولید کند از این رابطه استفاده می شود .

تعریف فشار در سیالات

فشار در سیالات (مایعات و گازها) به معنی نیروی وارد شده بر واحد سطح در یک نقطه خاص از سیال است. به عبارت دیگر، فشار نشان‌دهندهٔ تأثیر نیروهایی است که ذرات سیال بر روی یکدیگر و بر روی سطوح اطراف خود وارد می‌کنند.

ویژگی‌ها و نکات مهم

پخش یکنواخت : فشار در یک مایع در حالت سکون به صورت یکنواخت در تمام نقاط یک سطح افقی توزیع می‌شود و به عمق سیال بستگی دارد.
تأثیر عمق : در یک مایع، فشار با افزایش عمق (به دلیل وزن سیال بالای آن) افزایش می‌یابد. به بیان دیگر فشار سیال با عمق سیال رابطه مستقیم دارد و طبق رابطه ی زیر قابل محاسبه است که در ترانسمیترهای سطح آلتون از این اصل استفاده می شود

h به صورت زیر محاسبه می‌شود:

P=P0+ρgh

که در آن:

P0= فشار اتمسفری در سطح ρ = چگالی مایع g = شتاب گرانشی h = عمق

واحد های اندازه گیری فشار :

پاسکال (Pa) : واحد SI فشار که برابر با یک نیوتن بر متر مربع است. (1 Pa = 1 N/m²)
کیلوپاسکال (kPa) : برابر با ۱۰۰۰ پاسکال است. (1 kPa = 1000 Pa)
بار (bar) : تقریباً برابر با ۱۰۰ kPa است. (1 bar = 100 kPa)
اتمسفر (atm) : برابر با فشار اتمسفر در سطح دریا و تقریباً برابر با ۱۰۱٫۳۲ kPa است. (1 atm ≈ 101.3 kPa)
میلی‌متر جیوه (mmHg) : برابر با فشار ناشی از یک ستون جیوه به ارتفاع ۱ میلی‌متر و تقریباً برابر با ۰٫۱۳۳ kPa است. (1 mmHg ≈ 0.133 kPa)
پوند بر اینچ مربع (psi) : واحد فشار در سیستم انگلیسی که برابر با ۶۸٫۹۵ kPa است. (1 psi ≈ 6.895 kPa)

روابط بین واحدها

atm ≈ 101.3 kPa1
bar= 760 mmHg1
bar = 100 kPa1
1 bar=10.2mH2O
1 bar ≈ 14.7 psi

1 bar = 1 atm = 14.7 psi =100000 pa =76 cm HG = 10.2 m H2O

انواع اندازه گیری فشار

فشار مطلق : فشار سنجیده شده نسبت به خلا مطلق. (Absolute)در هر نقطه به مقدار فشار حقیقی که به یک جسم وارد می شود، فشار مطلق می گویند. نسبت به خلأ مطلق که فشار آن در اندازه گیری فشار مطلق صفر است، میزان فشار مطلق محاسبه می شود. فشار واقعی و حقیقی که در هر نقطه و نسبت به این شرایط خلأ مطلق، به یک جسم وارد می شود فشار مطلق نامیده می شود.
فشار گیج : فشار سنجیده شده نسبت به فشار اتمسفری (سطح زمین ).(gauge)فشار نسبی هنگامی که مرجع اندازه گیری فشار، فشار اتمسفر باشد و نسبت به آن سنجیده شود به دست خواهد آمد. به عبارت دیگر میزان فشار یک سیستم نسبت به فشار اتمسفر محاسبه می شود و در حقیقت فشار واقعی آن سیستم نمی باشد. فشار نسبی نیز در اندازه گیری های فشار و به هدف های خاص خود بسیار پر کاربرد می باشد. فشار سنج ها و دستگاه هایی که در فشار اتمسفر کار می کنند، به طور معمول فشار نسبی را اندازه گیری می کنند.

برای درک بهتر تفاوت بین فشار مطلق و فشار نسبی، می‌توان به مثال زیر اشاره کرد:

فرض کنید یک ظرف بسته حاوی گاز در فضا قرار دارد. فشار مطلق این گاز برابر با فشاری است که مولکول‌های گاز به دیواره‌های ظرف وارد می‌کنند، بدون توجه به هیچ فشاری از بیرون. از آنجایی که در خلا مطلق هیچ فشاری وجود ندارد، فشار اندازه‌گیری‌شده تنها مربوط به گاز داخل ظرف است.

حال فرض کنید یک تایر خودرو را پر کرده و فشار آن را اندازه بگیرید. دستگاه فشارسنج معمولاً فشار گیج را نشان می‌دهد، که به معنای تفاوت بین فشاری است که هوای داخل تایر به دیواره‌های آن وارد می‌کند و فشار اتمسفری بیرونی. به عنوان مثال، اگر فشار گیج تایر 30 psi باشد، این به این معنی است که فشار هوای داخل تایر 30 psi بالاتر از فشار اتمسفر است.