Trykk

Sjå òg fonologisk trykk

Bruk av vasstrykk - Captain Cook Memorial Jet i Burley Griffin-sjøen i Canberra i Australia.

Innanfor fysikken er trykk (symbol: p) definert som kraft per areal på ei flate normalt til kraftretninga. SI-eininga for trykk er pascal Pa, men mange andre einingar finst. Til dømes bar, millimeter kvikksølv (mmHg) og atmosfære (atm).

Matematisk:

$p={\frac {F}{A}}$

der:

$p$ er trykket

$F$ er krafta

$A$ er arealet.

Trykk blir overført normalt på kvart punkt av faste grenser eller langs vilkårlege delar av væsker. Det er ein av dei mest grunnleggande storleikane innan termodynamikk og er tett knytt opp mot volum.

Døme

Ein kan presse ein finger mot ein vegg utan å lage merke. Den same fingeren kan derimot lett presse ein teiknestift inn i veggen, sjølv om krafta er den same. Teiknestiften utøver større trykk fordi krafta blir fordelt utover eit mykje mindre areal.

Relativt trykk eller overtrykk

For gassar blir trykket av og til målt relativt til lufttrykket. Om trykker er høgare enn lufttrykket vert det kalla overtrykk, og er det mindre vert det kalla undertrykk. Eit døme på dette er luft i bildekk, som ein t.d. kan sei blir målt til 220 kPa. Dette kan då eigentleg bety 220 kPa over lufttrykket. Sidan lufttrykket ved havnivå om lag er 100 kPa, er det verkelege trykket i bildekket derfor 320 kPa. I tekniske arbeid blir dette skrive som «eit overtrykk på 220 kPa».

Trykk som ein skalar storleik

I ein statisk gass virkar det ikkje som om gassen flyttar på seg. Dei individuelle molekyla i gassen er derimot i konstant rørsle. Fordi det er snakk om ekstremt mange molekyl og fordi rørsla til kvart molekyl har ei tilfeldig retning merkar vi ikkje rørsla. Visst vi stenger gassen inn i ein boks kan vi måle trykket i gassen frå alle molekyla som kolliderer med veggane i boksen. Trykket vil vere det same overalt inne i gassen. Derfor er trykket ein skalar storleik, og ikkje ein vektorstorleik. Den har ein storleik, men ingen retning. Trykket virkar i alle retningar innanfor ein gass. På overflata av ein gass virkar trykkrafta normalt på overflata

Ein storleik som er knytt til trykk er stresstensoren σ som knyter vektorkrafta F til vektorarelaet A via

$\mathbf {F} =\mathbf {\sigma A}$

Denne tensoren kan delast opp i ein skalar del (trykk) og ein vektor kalla skjer. Skjertensoren gjev krafta i retningar parallelt til overflata, vanlegvis på grunn av viskositet eller friksjonskrefter. Stresstensoren blir av og til kalla trykktensor, men vidare nedover vil vi berre referere til trykket som skalart trykk.

Trykket sine kinetiske eigenskapar

I 1738 publiserte den sveitsiske fysikaren og matematikaren Daniel Bernoulli Hydrodynamica som la grunnlaget for den kinetiske teorien til gassar. Her viste Bernoulli at gassar består av mange molekyl i rørsle i alle retningar, og at når molekyla treffer ei overflate merkar vi det som trykk, og den kinetiske energien i rørsla deira merkar vi som varme.

Negative trykk

Trykk blir vanlegvis skrive med positive verdiar, men i visse situasjonar kan ein få negative trykk:

• Relativt trykk. Til dømes kan eit absolutt trykk på 80 kPa skrivast som eit relativt trykk på -21 kPa (t.d. 21 kPa under atmosfærisk trykk).
• Når tiltrekkande krefter (t.d. Van der Waals krefter) mellom partiklar i ei væske er større enn fråstøtande krefter. Slike tilfelle er vanlegvis ustabile sidan partiklane vil flytte seg nærmare kvarandre heilt til fråstøtingskrafta er like stor og ein har balanse mellom kreftene.
• Casimireffekten kan danne små tiltrekkingskrefter i samband med vakuumenergi. Denne krafta blir av og til kalla «vakuum trykk» (og må ikkje forvekslast med det negative relative trykket til vakuum)

Hydrostatisk trykk

Hydrostatisk trykk er trykk som kjem av vekta til ei væske.

$p=\rho gh\,$

der:

ρ (rho) er tettleiken til væska

g er tyngdeaksellerasjonen (om lag 9,81 m/s² på jordoverflata);

h er høgda på væskesøyla.

Sjå òg Pascal si lov.

Stagnasjonstrykk

Stagnasjonstrykk er trykket ei væske utøver når den blir tvungen til å stoppe. Sjølv om ei væske som strøymer med stor fart vil ha lågare statisk trykk, kan den ha stort stagnasjonstrykk viss den blir tvungen til å stå i ro. Statisk trykk og stagnasjonstrykk er knytt til machtalet til væska. I tillegg kan høgdeskilnadar føre til forskjellig trykk i væska. Sjå Bernoullilikninga (merk: Bernoullilikninga gjeld berre for inkompressibel straum).

Eining

Trykkeiningar

	Pascal (Pa)	Bar (bar)	Teknisk atmosfære (at)	Atmosfære (atm)	Torr (mmHg)	Trykk i pund per kvadrattomme (psi)
1 Pa	≡ 1 N/m²	10−5	10,197×10−6	9,8692×10−6	7,5006×10−3	145,04×10−6
1 bar	100 000	≡ 106 dyn/cm²	1,0197	0,98692	750,06	14,504
1 at	98 066,5	0,980665	≡ 1 kgp/cm²	0,96784	735,56	14,223
1 atm	101 325	1.01325	1.0332	≡ 1 atm	760	14.696
1 torr	133.322	1.3332×10−3	1.3595×10−3	1.3158×10−3	≡ 1 mmHg	19.337×10−3
1 psi	6 894.76	68.948×10−3	70.307×10−3	68.046×10−3	51.715	≡ 1 lbf/in²

Døme: 1 Pa = 1 N/m²  = 10⁻⁵ bar  = 10,197×10⁻⁶ ved  = 9,8692×10⁻⁶ atm osv.
Merk: mmHg er ei forkorting for millimeter kvikksølv, og kalla torr.

Kvikksølvsøyle

SI-eininga for trykk er pascal (Pa) og er lik ein newton per kvadratmeter (N·m^-2 eller kg·m^-1·s^-2). Dette er eit spesielt namn for eininga som blei gjeve i 1971. Før det var trykket i SI-eininga N/m².

Trykk blir av og til uttrykt som kp/cm², pond/cm² eller p/cm². Kilopond er derimot ikkje brukt i SI-systemet i det heile tatt. Krafteininga i SI er newton (N).

Meteorologar brukar hektopascal (hPa) for lufttrykket, som er identisk den eldre eininga millibar (mbar). Innanfor alle andre fagfelt vert trykket som regel gjeve i kilopascal (kPa).

Standardatmosfære (atm) er ei eining som òg blir ein del brukt. Den er om lag lik normalt lufttrykk ved havnivå og er definert som

standardatmosfære = 101325 Pa = 1013,25 hPa.

Fordi trykket kan forflytte ei søyle med væske i eit manometer, kan trykket målast ved kor høgt væska står i ei søyle. Dei mest brukte væskene er kvikksølv og vatn. Kvikksølv har større tettleik enn vatn, og ein kan derfor bruke kortare søyler (og dermed mindre manometer). Trykket som virkar på ei væskesøyle med høgd h og tettleik ρ er gjeven ved den hydrostatiske likninga: p = hgρ.

Væsketettleik og lokal gravitasjon kan derimot variere frå stad til stad, så denne målemetoden kan av og til vere noko unøyaktig. Slike målemetodar blir sjeldan brukt i fysikken lenger, men er i bruk innan visse område. Blodtrykk blir til dømes målt med manometer dei fleste stader i verda. Dykkarar bruker òg manometrimetoden i tommelfingerregelen om at trykket ti meter ned i vatnet om lag er ein atmosfære.

Ikkje-SI einingar som er eller har vore i bruk:

• atmosfære.
• manometriske einingar:
  • centimeter, tomme og millimeter av kvikksølv (Torr).
  • millimeter, centimeter, meter, tommar og fot av vatn
• engelske måleeiningar:
  • kip, tonnpond (lang), tonnpond (kort), pond-kraft, unse-kraft og poundal per kvadrattomme.
• ikkje-SI metriske einingar:
  • bar, millibar.
  • kilopond per kvadratcentimeter (teknisk atmosfære).
  • pond og tonnkraft per kvadratcentimeter.
  • mikrobar (dyn per kvadratcentimeter).
  • sthene per kvadratmeter (pieze).

Overflatetrykk

Det finst ein todimensjonal analog til trykk - ei sidekraft per lengdeeining på ei linje normalt på krafta.

Symbolet for overflatetrykk er π og har mange av dei same eigenskapane som tredimensjonalt trykk. Eigenskapar til kjemikaliar på overflata kan undersøkast ved å måle trykket og isotermar på overflata som ein todimensjonal analog av Boyle si lov, πA = k, ved konstant temperatur.

$\pi ={\frac {F}{l}}$

Sjå òg

• Blodtrykk
• Boyle si lov
• Lufttrykk
• Partielltrykk
• Vakuum