Presiunea este mărimea fizică ce arată cât de concentrată este o forță pe o suprafață. Nu contează doar cât de tare împingi, ci și pe cât de mult loc se întinde împingerea. De aceea un cuțit bine ascuțit taie ușor, iar o pereche de rachete de zăpadă te ține deasupra stratului moale, deși greutatea ta rămâne aceeași.
Ideea pare simplă, dar explică multe lucruri obișnuite: de ce te dor urechile la scufundare, de ce se prinde o ventuză de faianță, de ce un ac intră în material cu un efort mic. Mai jos vezi formula, unitățile de măsură și felul în care presiunea se comportă în lichide și în aerul din jur; pentru o privire de ansamblu asupra temei, ai și fizica pe înțeles.
Cum se calculează presiunea?
Presiunea se calculează împărțind forța care apasă perpendicular pe o suprafață la aria acelei suprafețe: p = F / S. Dacă forța crește, presiunea crește; dacă aria crește, presiunea scade.
Un exemplu pe care îl poți verifica acasă: stai pe un picior sau pe amândouă, pe un covor moale. Greutatea ta este aceeași, dar pe un singur picior aria de contact se înjumătățește, deci presiunea se dublează și simți mai bine denivelările de sub tălpi. La fel funcționează tocurile subțiri, care pot lăsa urme într-un parchet moale, deși persoana care le poartă nu este deosebit de grea.
Formula arată și cum poți controla presiunea în practică:
- ca s-o mărești, micșorezi suprafața: vârf de ac, lamă de cuțit, dinți de ferăstrău;
- ca s-o micșorezi, mărești suprafața: tălpi late, șenile la tractor, fundații largi la clădiri.
În ce unități se măsoară presiunea?
Unitatea de măsură a presiunii în Sistemul Internațional este pascalul (Pa), egal cu o forță de un newton aplicată uniform pe un metru pătrat. Este o unitate foarte mică, așa că în viața de zi cu zi se folosesc multipli sau alte unități.
Numele vine de la Blaise Pascal, matematician și fizician francez, care a studiat presiunea în fluide. Forța se măsoară în newtoni, o unitate pe care o întâlnești și în legile mișcării formulate de Newton.
| Unitate | Unde o întâlnești | Legătura cu pascalul |
|---|---|---|
| pascal (Pa) | calcule de fizică | unitatea de bază |
| hectopascal (hPa) | prognoza meteo | 100 Pa |
| bar | presiunea din anvelope, instalații | 100.000 Pa |
| atmosferă (atm) | scufundări, laborator | aproximativ 101.300 Pa |
| milimetru coloană de mercur | tensiunea arterială | aproximativ 133 Pa |
La o pompă de bicicletă sau la o stație de umflat anvelope vei vedea de obicei barii. În buletinele meteo, hectopascalii arată dacă ne aflăm sub un ciclon (presiune mai mică) sau sub un anticiclon (presiune mai mare).
De ce crește presiunea odată cu adâncimea în lichide?
Presiunea într-un lichid crește cu adâncimea pentru că fiecare strat de jos trebuie să susțină greutatea tuturor straturilor de deasupra. Cu cât coloana de lichid de deasupra este mai înaltă, cu atât apasă mai tare.
Presiunea hidrostatică depinde de trei lucruri: densitatea lichidului, accelerația gravitațională și adâncimea. Contează adâncimea, nu forma vasului: într-un pahar îngust și într-un lighean larg, la aceeași adâncime, presiunea este aceeași. Asta se numește uneori paradoxul hidrostatic și surprinde mulți elevi.
Un scafandru simte efectul direct. Pe măsură ce coboară, apa apasă tot mai tare pe timpane, iar senzația de durere dispare doar dacă își echilibrează presiunea din urechea medie cu cea de afară, de obicei prin ținerea nasului și suflarea ușoară. Barajele sunt construite mai groase la bază tocmai pentru că acolo presiunea apei este cea mai mare.
Atenție: scufundările cu butelie se fac doar după un curs recunoscut și cu echipament verificat; o urcare prea rapidă poate afecta organismul chiar și la adâncimi mici.
Cum transmit lichidele presiunea?
Un lichid aflat într-un spațiu închis transmite presiunea în toate direcțiile, la fel de mare, fără să o piardă pe drum. Aceasta este legea lui Pascal, pe care se bazează presele hidraulice și frânele mașinilor.
Imaginează-te cu două seringi legate printr-un tub plin cu apă, una cu piston îngust, alta cu piston larg. Dacă apeși ușor pe pistonul îngust, presiunea creată se transmite prin lichid și împinge pistonul larg cu o forță mult mai mare, proporțională cu raportul suprafețelor. Câștigi forță, dar pistonul larg se mișcă mai puțin: energia nu apare din nimic, iar conservarea energiei rămâne valabilă.
Ce este presiunea atmosferică și cum o simțim?
Presiunea atmosferică este presiunea exercitată de greutatea coloanei de aer de deasupra noastră și are, la nivelul mării, aproximativ o atmosferă. O simțim rar, pentru că și corpul nostru exercită spre exterior o presiune egală, iar diferențele sunt mici.
Aerul are masă, iar straturile atmosferei se sprijină unele pe altele. Cu cât urci mai sus, cu atât deasupra ta rămâne mai puțin aer, deci presiunea scade. Pe un vârf de munte din Carpați presiunea este vizibil mai mică decât în București, iar la altitudini mari aerul este și mai rarefiat, ceea ce explică respirația grea a alpiniștilor.
Câteva efecte pe care le poți observa:
- Urechile se „înfundă” când urci sau cobori rapid pe un drum de munte.
- Pachetele de chipsuri par umflate în avion sau pe munte, pentru că aerul din interior se destinde.
- Ventuza se lipește de geam: aerul dintre ventuză și sticlă este scos, iar aerul exterior apasă ventuza pe suprafață.
Cum se măsoară presiunea?
Presiunea se măsoară cu manometre pentru lichide și gaze din instalații și cu barometre pentru aerul din atmosferă. Principiul este același: o diferență de presiune mișcă un element mecanic sau o coloană de lichid, iar mișcarea se citește pe o scară.
Barometrul cu mercur, inventat în secolul al XVII-lea de Evangelista Torricelli, folosește o coloană de mercur sprijinită de presiunea aerului. Barometrele moderne au un mic recipient metalic elastic, care se deformează ușor când presiunea se schimbă. Același tip de senzor se află în telefoanele care indică altitudinea.
Ce greșeli apar des când se vorbește despre presiune?
Cea mai frecventă greșeală este confuzia dintre forță și presiune, deși sunt mărimi diferite, cu unități diferite. O forță mare nu înseamnă automat presiune mare.
A doua greșeală este credința că vidul „trage” sau „suge” obiectele. În realitate, aerul din exterior le împinge spre zona cu presiune mai mică. Paiul prin care bei nu aspiră lichidul: reduci presiunea din gură, iar presiunea atmosferică apasă pe suprafața sucului și îl împinge în sus.
În sfârșit, mulți presupun că presiunea apei depinde de cantitatea totală de apă. Un lac mic și un ocean au aceeași presiune la un metru adâncime; diferă doar adâncimile maxime posibile.
Întrebări frecvente
Care este diferența dintre forță și presiune?
Forța arată cât de tare împingi sau tragi un corp, iar presiunea arată cât de concentrată este acea forță pe suprafața de contact. Aceeași forță poate produce presiuni foarte diferite, în funcție de arie.
De ce se adâncește un cui mai ușor decât un șurub plat?
Vârful cuiului are o arie foarte mică, deci aceeași lovitură creează o presiune foarte mare pe material. Un vârf lat ar distribui forța pe o suprafață mai mare, iar materialul nu ar ceda.
De ce scade presiunea aerului la munte?
Deasupra ta se află o coloană de aer mai scurtă, deci mai puțin aer care să apese. Presiunea scade treptat cu altitudinea, motiv pentru care vârfurile înalte au aer mai rarefiat.
Se poate simți presiunea atmosferică în viața de zi cu zi?
Direct, rareori, pentru că organismul este adaptat la ea. O poți simți indirect: în urechi când urci rapid cu telefericul sau cu mașina pe serpentine, sau la deschiderea unui borcan închis în vid.
Ce arată manometrul unei pompe de anvelope?
Arată, de obicei, cu cât este presiunea din anvelopă mai mare decât cea a aerului din jur. Valoarea potrivită pentru fiecare mașină se găsește în instrucțiunile producătorului.
