Tlak (fyzika)
Obsah boxu
Tlak (značka $p$) je ve fyzice fyzikální veličina, která vyjadřuje poměr velikosti síly působící kolmo na určitou plochu k obsahu této plochy. Je to skalární veličina a její základní jednotkou v soustavě SI je pascal (Pa). Tlak působí ve všech směrech a je klíčovým pojmem v mechanice tekutin (kapalin a plynů), ale také v mechanice tuhých těles.
---
📐 Definice a jednotky
Tlak je definován jako síla působící na jednotku plochy.
Definice
Tlak $p$ je definován vzorcem: $$p = \frac{F}{S}$$ kde:
- $F$ je velikost normálové (kolmé) síly působící na plochu.
- $S$ (nebo $A$) je obsah plochy, na kterou síla působí.
- Pascal (Pa): Základní jednotka v soustavě SI. Jeden pascal je definován jako jeden newton síly působící na jeden metr čtvereční:
$$1\ \text{Pa} = 1\ \frac{\text{N}}{\text{m}^2}$$
- Bar (bar): Často používaná jednotka, zejména v meteorologii a technických oborech.
$$1\ \text{bar} = 10^5\ \text{Pa} = 100\ \text{kPa}$$
- Atmosféra (atm): Definovaná jako průměrný atmosférický tlak na hladině moře.
$$1\ \text{atm} \approx 101\ 325\ \text{Pa} = 1.01325\ \text{bar}$$
- Torr (Torr): Dříve známá jako milimetr sloupce rtuti (mmHg).
$$1\ \text{Torr} \approx 133.322\ \text{Pa}$$
- PSI (pounds per square inch): Používaná v anglosaských zemích.
$$1\ \text{PSI} \approx 6894.76\ \text{Pa}$$
---
Tlak se v tekutinách (kapalinách a plynech) chová specifickým způsobem.
- Změna tlaku vyvolaná vnější silou v uzavřené tekutině se šíří rovnoměrně do všech směrů a všech částí tekutiny. Tento princip je základem hydraulických zařízení (např. hydraulický lis, brzdový systém).
$$p_h = \rho \cdot g \cdot h$$ kde:
- $p_h$ je hydrostatický tlak.
- $\rho$ (ró) je hustota kapaliny.
- $g$ je gravitační zrychlení (přibližně $9.81\ \text{m/s}^2$ na Země).
- $h$ je hloubka pod volným povrchem kapaliny.
- Tlak způsobený hmotností vzduchu v atmosféře Země nad daným bodem. S rostoucí nadmořskou výškou klesá, protože nad námi je méně vzduchu. Měří se barometrem.
- Dynamický tlak, který vzniká při proudění plynu (např. vzduchu) kolem objektu. Je klíčový v aerodynamice a letectví.
---
Tlak má mnoho praktických aplikací a je důležitý v mnoha vědních a technických oborech.
Příklady aplikací
- Pneumatika a hydraulika: Využití tlaku plynů (pneumatika) a kapalin (hydraulika) pro přenos sil a pohybu (např. pneumatické brzdy, hydraulické zvedáky, tlakové lahve).
- Měření tlaku v pneumatikách: Zajištění správného tlaku v pneumatikách pro bezpečnost a účinnost vozidel.
- Potápění: Pochopení tlaku vody je zásadní pro bezpečnost potápěčů (např. dekompresní nemoc).
- Meteorologie: Měření atmosférického tlaku pro předpověď počasí. Změny tlaku souvisí s pohybem tlakových výší a níží, které ovlivňují počasí.
- Lékařství: Měření krevního tlaku je důležité pro diagnostika a monitorování zdraví.
- Průmysl: Kontrola a regulace tlaku v potrubí, reaktorech a tlakových nádobách.
Měření tlaku
Pro měření tlaku se používají různé měřicí přístroje:
- Manometr: Měří relativní tlak (přetlak nebo podtlak) vzhledem k okolnímu atmosférickému tlaku.
- Barometr: Měří atmosférický tlak.
- Tlakoměr (Pressure gauge): Obecný termín pro přístroj, který měří tlak.
- Vakuometr: Měří tlak nižší než atmosférický tlak (vakuum).
---
Pro laiky
Představte si, že položíte knihu na stůl. Kniha tlačí na stůl. Čím těžší kniha, tím víc tlačí. Ale taky záleží na tom, jak velkou plochou se stolu dotýká. Když ji položíte celou plochou, tlak je menší, než když ji postavíte na hranu – to pak tlačí víc, protože se stejná váha rozloží na menší plochu.
Tlak ve fyzice je přesně tohle: je to, jak moc se nějaká síla rozloží na určitou plochu. Čím víc síly na malou plochu, tím větší tlak. Proto třeba lyže brání tomu, abyste se propadli do sněhu (rozloží vaši váhu na velkou plochu, sníží tlak), zatímco jehla se snadno zabodne (malá plocha, velký tlak).
U plynů a kapalin je to podobné – tlačí do všech směrů. Proto nafouknutý balónek tlačí na svou stěnu ze všech stran.
---
- 🖼️ Galerie
-
Manometr pro měření tlaku.
-
Koncept hydraulického lisu využívající Pascalův zákon.
-
Měření atmosférického tlaku barometrem.
---
🔗 Externí odkazy
---