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).

Решение задач

В задачах по физике формулы давления могут выглядеть по-разному. Задача первая: нужно найти Р, оказываемое телом на судно и грунт под водой, когда водолаз находится в движении. Человек весит со снаряжением на суше 180 кг. Площадь стопы равняется 360 кв. см. Сила, с которой человек воздействует на судно равно 180/360 = 0.5 (кгс/см). Используя таблицу, величину можно перевести в Па. Получится 49 кПа. На грунт под водой оказывается сила в 2,46 кПа.

Пример 2: нужно вычислить абсолютное Р воды, если глубина равна 150 м, сила — 765, а масса тела — 1,024 кгс/л. Решение: P = 765/735,6+1,024×150/10=16.4.

Пример 3: ёмкость баллона равна 40 л, давление в нём 150 кгс/см2. Нужно найти V свободных воздушных масс. Решение: начальное Р вычисляется следующим образом: 150+1 = 151 кгс/кв.см. Начальное V равно 40 литров. Свободное V вычисляется p1xнач V/p2=6.04 куб. м. Аналогичным способом решаются задачи, где нужно найти Р любой жидкости, твёрдого объекта, газового вещества.

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.

Как правильно измерить

Для проверки показателей АД используется прибор, именуемый тонометром. На данный момент можно использовать тонометры механического, полуавтоматического и автоматического типа. В лечебно-профилактических учреждениях предпочтение отдают механическим моделям, в домашних условиях – автоматам. Далее рассмотрено, как измерить показатели механическим прибором.

Перед проведением процедуры важно успокоиться, стрелка на манометре должна быть на о, манжетка спущена. Диагностируемый должен сесть так, чтоб его спина упиралась в спинку стула, ноги находились параллельно друг другу, рука, на которой будут проводиться замеры, располагалась на уровне сердца. Через рукав проводить измерения запрещено. Следует пропальпировать область локтевой ямки, чтоб найти проекцию плечевой артерии. Выше этого места фиксируется манжетка. Вентиль груши должен быть закрыт.

Фонендоскоп прикладывается к месту пульсации, при помощи груши нагнетается воздух. После того как звук пульсации прекратился, нужно еще добавить 20–30 мм рт. ст. и начать потихоньку воздух выпускать. Внимательно фиксируется момент появления тонов (систолическое АД) и исчезновения (диастолическое АД).

Важно! Померить АД можно не только на руке, но и на ноге. Обычно такая процедура проводится в условиях медицинских учреждений.

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:

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.

Изменение систолического показателя

Под влиянием ряда факторов АД может увеличиваться выше возрастной нормы (гипертония, гипертензия) или уменьшаться (гипотония, гипотензия). Изменение уровня может быть кратковременным или длительным. Второй вариант считается опасным и в большинстве случаев является признаком патологических процессов. Нормальные показатели систолического давления – 110–140 мм рт. ст. Оптимально – 120 мм рт. ст. Чем человек старше, тем больше цифры нормы смещаются в большую сторону.

Важно! Для подростков 14–17 лет самый оптимальный уровень – до 129 мм рт. ст.

Повышенный систолический показатель, как вариант нормы, может наблюдаться в подростковом возрасте, когда девушки и юноши сталкиваются с перестройкой организма, изменением гормонального фона. Подобное состояние считается временным, чаще наблюдается у молодых людей 15–16 лет. Однако специалисты утверждают, что такие пациенты должны находиться под постоянным контролем, поскольку в возрасте 35–40 лет гипертония может вернуться в более агрессивной форме.

И также систолическая гипертония характерна для женщин и мужчин старческого возраста, что связано с атеросклеротическими изменениями со стороны сосудов, особенно с атеросклерозом аорты, которая в результате наличия атеросклеротических бляшек теряет свою эластичность. При систолической гипертонии пациенты жалуются на болезненность в области сердца, одышку, пульсирующую головную боль. Систолическое давление может повышаться в комплексе с диастолическим или изолированно.

Факторами риска повышения систолического показателя являются:

Верхнее и нижнее артериальное давление

• Генетическая предрасположенность.
• Атеросклеротические изменения.
• Сахарный диабет.
• Малоподвижный образ жизни.
• Ожирение.
• Злоупотребление спиртными напитками.
• Курение.
• Стресс.

При длительной систолической гипертонии наблюдаются поражения головного мозга (инсульт), сетчатки глаз (резкое снижение остроты зрения), почек (хроническая недостаточность), сердца (инфаркт). Вероятность развития осложнений составляет более 80%. Лечение заключается в изменении образа жизни, коррекции питания и приеме лекарственных средств. Из препаратов используются диуретики, бета-блокаторы, антагонисты кальция, ингибиторы АПФ.

Систолическая гипотония может наблюдаться при вставании с кровати (ортостатическая форма), после приема пищи (постпрандиальная форма), при вегетососудистой дистонии. Другими причинами снижения показателей считаются врожденные пороки сердца и сердечная недостаточность, патологии со стороны эндокринного аппарата, кровотечения, переутомление, первый триместр беременности.

Поступают жалобы на головокружение, головную боль, чувство нехватки воздуха, резкую слабость, пульсирующие ощущения в области затылка, снижение работоспособности. При критическом падении цифр АД могут появляться обмороки, требующие оказания неотложной помощи.

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.

Диастолический показатель

Стандартные показатели нормы нижнего давления – 60–90 мм рт. ст. Диастолическое АД также может повышаться или понижаться под воздействием ряда факторов, что происходит комплексно или изолированно. Специалисты утверждают, что изолированное повышение цифр возникает на фоне нарушений со стороны сосудов наименьшего диаметра – капилляров. Частыми причинами считаются следующие состояния:

• Заболевания со стороны почечного аппарата (онкологические процессы, атеросклеротические изменения, воспаление).
• Сбои в работе щитовидной железы, сопровождающиеся выбросом большого количества гормонов.
• Алкоголизм и табакокурение – на фоне злоупотребления спиртным и никотиносодержащими веществами сосуды теряют свою эластичность и способность к сокращению.
• Воздействие стресса.
• Патологии опорно-двигательной системы в виде остеохондроза и межпозвоночных грыж.
• Ожирение.
• Злоупотребление жареной, копченой и соленой пищей.

Важно! У здорового взрослого человека, активно занимающегося спортом, также может быть повышен нижний показатель давления. Это является вариантом нормы.

Снижение диастолического давления при норме верхнего часто наблюдается у людей старше 50 лет. Подобное возникает при постепенном истощении сердечной мышцы. И также причинами низкого показателя могут быть интоксикация организма, никотиновая зависимость, недостаток выработки гормонов щитовидной железой, обезвоживание и кровопотеря, анемия, токсический шок.

В таблице указаны нормальные показатели кровяного давления разных возрастных категорий

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.

Примечания

1. Кузнецов В. Н.
   

   Тропические времена года	Сухой сезон • Сезон дождей
   Погодные явления	Гроза (Снеговая гроза) • Молния • Смерч • Водяной смерч • Тропический циклон • Внетропический циклон • Метель • Ледяной дождь • Пыльная буря • Огненный смерч • Пыльный вихрь
   Атмосферные осадки	Морось • Дождь • Снег • Крупа • Град • Роса • Иней • Изморозь • Гололёд
   Прогноз и дневник погоды	Температура воздуха • Облачность • Ветер • Направление ветра • Атмосферное давление • Относительная влажность воздуха

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