trykk - fysikk

Illustrasjon av hvordan trykk forårsakes av utallige molekylstøt mot en flate.

Trykk er kraft delt på areal. Mer presist er det forholdet mellom kraft som virker vinkelrett inn mot en flate og arealet av flaten. Trykket kan virke mot overflaten av et legeme eller mot en tenkt flate i legemets indre.

Trykk kan opptre i flere sammenhenger:

  • Mellom legemer, for eksempel når et bildekk gir et trykk på en vei.
  • I en gass, som lufttrykket inne i et bildekk.
  • I væske, som trykket fra vannet mot ørene når man dykker.

SI-enheten for trykk er pascal = newton/m2 som forkortes med Pa. Andre enheter som bar (1 bar = 105 Pa), atmosfære, torr og psi brukes også. Det er vanlig å bruke p som symbol for trykk.

Trykk mellom legemer

Når et legeme virker med en kraft F på et annet legeme og kraften er fordelt jevnt utover et areal A er trykket p gitt ved

\[ p = \frac{F}{A} \]

Et eksempel kan være trykket fra en tegnestift som presses mot en vegg med en kraft F. Hvis tegnestiften er spiss, vil arealet A som kraften fordeles over, være lite. Dermed vil trykket p bli stort, og tegnestiften vil kunne bevege seg inn i veggen.

Trykk i væske eller gass i ro

For en væske eller gass som befinner seg i ro i et tyngdefelt øker trykket med dybden på grunn av væskens vekt. En væske i ro sies å være i hydrostatisk likevekt. Trykket i en væske eller gass i ro kalles det hydrostatiske eller statiske trykket. Det tilleggstrykket som opptrer ved bevegelse, kalles dynamisk trykk og er uttrykk for den kinetiske energien i væsken eller gassen.

Hydrostatisk trykk

Trykkøkningen med dybden i en væske eller gass i ro er gitt i formelen for hydrostatisk likevekt,

\( p = p_0 + \rho gh \)

der p er trykket i en dybde h under overflaten, er overflatetrykket, ρ er tettheten av væsken og g er tyngdens akselerasjon. Luftens tyngde gjør at atmosfærens trykk er størst ved jordoverflaten.

Formelen for hydrostatisk likevekt innebærer både at trykket i atmosfæren avtar med høyden, og at trykket i en væske øker med dybden.

La oss se på et eksempel der vi setter inn runde tall for å opparbeide intuisjon om størrelsene. Atmosfæretrykket ved havets nivå er omtrent 1 bar, som tilsvarer 105 Pa. Det vil si at p0 = 105 Pa. Ved å sette inn verdien av vannets tetthet, ρ = 1000 kg/m3, og tyngdens akselerasjon, g ≈ 10 m/s2, finner vi at trykket av en 10 meter høy vannsøyle er like stort som trykket av atmosfæren ved havets nivå. Det er med andre ord to ganger atmosfæretrykket 10 meter under vannoverflaten.

Hydrostatisk trykk kan brukes til å forklare Arkimedes’ lov for oppdrift.

Trykk i gasser

I gasser er vanligvis avstanden mellom molekylene så stor at en kan neglisjere krefter mellom molekylene og dessuten molekylenes eget volum når en skal sette opp gassens tilstandslikning. Gasser som oppfyller disse betingelsene, kalles ideale gasser, og sammenhengen mellom trykk, p, volum, V, og temperatur, T, (gitt i kelvin) er gitt i tilstandslikningen for ideal gass,

\[ p = \frac{nRT}{V} \]

der n er antall mol i gassen og R er den molare gasskonstanten. Vi ser at en gass som ekspanderer, får lavere trykk, mens en gass som varmes opp, får høyere trykk.

Når vi snakker om trykk i for eksempel et bildekk, mener vi ofte overtrykk. Overtrykket beskriver hvor mye høyere trykket er inne i dekket enn på utsiden. I et bildekk er det typisk et overtrykk på mellom 2,5 og 3 bar, det vil si mellom 2,5 og 3 ganger atmosfæretrykket.

Lufttrykk i meteorologien

Meteorologene snakker om høytrykk og lavtrykk. Lufttrykket på jorden ved havets overflate er gjennomsnittlig 1,013ˑ105 Pa. Meteorologene uttrykker ofte trykket i millibar, som betyr en tusendels bar. Gjennomsnittstrykket er da 1013 millibar. Lufttrykket avtar med høyden over havet. I et høytrykk kan trykket typisk være 1040 millibar og i et lavtrykk 970 millibar. Luften har en bevegelse nedover i et høytrykk, og det gir klarvær, mens luften beveger seg i spiralbaner oppover i et lavtrykk, og det gir vind og nedbør.

Hydrodynamisk trykk

I tillegg til det hydrostatiske trykket, vil også bevegelsen til gasser og væsker påvirke og påvirkes av trykket (hydrodynamisk trykk). Her spiller bernoulliligningen en viktig rolle (se hydrodynamikk).

Hva forårsaker trykk i en gass?

I den kinetiske gassteorien forklares trykk i en gass som et resultat av molekylenes bevegelse, og støt fra molekyler mot en flate (se figur). Temperaturen er et mål for molekylenes bevegelsesenergi. Når temperaturen i en gass synker, beveger molekylene seg langsommere, og trykket synker.

Enheter og trykkmåling

Trykk måles i SI-enheten pascal = newton/m2 som betegnes med Pa. Enhetene bar (1 bar=105 Pa) og standard atmosfære (1 atm = 1,01325ˑ105 Pa) er inntil videre godkjent for bruk sammen med SI-enheter for trykk i fluider. Andre enheter, som ikke lenger anbefales brukt, er torr = millimeter kvikksølv (mmHg), teknisk atmosfære (at) = kilopond/cm2, og i engelsktalende land pounds per square inch (lbf/in2 eller psi) = 6,895 kPa. Trykk kan måles med barometer og manometer.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg