Druk

CONCEPT

druk is de verhouding tussen de kracht en het oppervlak waarop deze wordt uitgeoefend. Hoewel vaste stoffen druk uitoefenen, zijn de meest interessante voorbeelden van druk vloeistoffen—dat wil zeggen gassen en vloeistoffen—en in het bijzonder water en lucht. Druk speelt een aantal belangrijke rollen in het dagelijks leven, waaronder zijn functie in de werking van pompen en hydraulische persen. Het behoud van gewone luchtdruk is essentieel voor de gezondheid en het welzijn van de mens: het lichaam is perfect geschikt voor de gewone druk van de atmosfeer, en als die druk aanzienlijk wordt gewijzigd, kan een persoon schadelijke of zelfs fatale bijwerkingen ervaren.

Hoe werkt het

kracht en oppervlakte

wanneer een kracht loodrecht op een oppervlak wordt uitgeoefend, oefent het op dat oppervlak een druk uit die gelijk is aan de verhouding van F tot A, waarbij F de kracht is en A het oppervlak. Daarom is de formule voor druk (p ) p = F /A. Een interessant gevolg van deze verhouding is het feit dat de druk kan toenemen of afnemen zonder enige verandering in kracht—met andere woorden, als het oppervlak kleiner wordt, wordt de druk groter en vice versa.als een cheerleader een andere cheerleader op haar schouders zou houden, met het meisje boven op de schouderbladen van het meisje eronder, zouden de voeten van het bovenste meisje een zekere druk uitoefenen op de schouders van het onderste meisje. Deze druk zou gelijk zijn aan het gewicht van het bovenste meisje (F, wat in dit geval haar massa is vermenigvuldigd met de neerwaartse versnelling als gevolg van de zwaartekracht) gedeeld door het oppervlak van haar voeten. Stel dan dat het bovenste meisje een uitdagende acrobatische beweging uitvoert en haar linkervoet tegen haar rechterknie laat rusten, zodat alleen haar rechtervoet de volle kracht van haar gewicht uitoefent. Nu is het oppervlak waarop de kracht wordt uitgeoefend gereduceerd tot de helft van de omvang, en dus is de druk op de schouder van het onderste meisje twee keer zo groot.

om dezelfde reden—dat wil zeggen dat vermindering van het oppervlak de nettodruk verhoogt—is een goed aangeleverde karateslag veel effectiever dan een klap met open hand. Als men een plank vierkant met zijn handpalm zou slaan, zou het enige waarschijnlijke resultaat een ernstige stekende pijn op de hand zijn. Maar als in plaats daarvan een klap op het bord, met de hand gehouden loodrecht—op voorwaarde, natuurlijk, een was een expert in karate—het bord kan worden opgesplitst in twee. In eerste instantie is het gebied van krachtinspanning groot en de nettodruk op het bord relatief klein, terwijl in het geval van de karate—chop het oppervlak veel kleiner is-en dus de druk veel groter is.

soms verdient een groter oppervlak de voorkeur. Sneeuwschoenen zijn dus veel effectiever om in de sneeuw te wandelen dan gewone schoenen of laarzen. Gewoon schoeisel is niet veel groter dan het oppervlak van de voet, perfect geschikt voor het lopen op de stoep of gras. Maar met diepe sneeuw, dit relatief kleine oppervlak verhoogt de druk op de sneeuw, en zorgt ervoor dat je voeten zinken. De sneeuwschoen, omdat het een oppervlak aanzienlijk groter is dan dat van een gewone schoen, vermindert de verhouding van kracht tot het oppervlak en verlaagt daarom de nettodruk.

hetzelfde principe geldt voor Sneeuwski ’s en waterski’ s. Net als een sneeuwschoen maakt een ski het mogelijk voor de skiër om op het oppervlak van de sneeuwschoen te blijven, maar in tegenstelling tot een sneeuwschoen is een ski lang en dun, waardoor de skiër effectiever van een besneeuwde heuvel kan glijden. Wat betreft skiën op het water, kunnen mensen die ervaren zijn in deze sport blootsvoets skiën, maar het is lastig. De meeste beginners hebben waterski ‘ s nodig, die opnieuw de nettodruk verminderen die door het gewicht van de skiër op het wateroppervlak wordt uitgeoefend.

meetdruk

druk wordt gemeten door een aantal eenheden in het Engels en metrische—of, zoals het in de wetenschappelijke gemeenschap wordt genoemd, SI—systemen. Omdat p = F / A, alle eenheden van druk vertegenwoordigen een bepaalde verhouding van kracht tot oppervlakte. Het principe SI-eenheid wordt een pascal (Pa) genoemd, of 1 N/m2. Een newton (N), de SI-eenheid van kracht, is gelijk aan de kracht die nodig is om 1 kilogram massa te versnellen met een snelheid van 1 meter per seconde kwadraat. Een Pascal is dus gelijk aan de druk van 1 newton over een oppervlakte van 1 vierkante meter.

in het Engelse of Britse systeem wordt de druk gemeten in pond per vierkante inch, afgekort als lbs./ in2. Dit is gelijk aan 6,89 * 103 Pa, of 6,890 Pa. Wetenschappers—zelfs die in de Verenigde Staten, waar het Britse systeem van eenheden overheerst—verkiezen SI-eenheden te gebruiken. Echter, de Britse eenheid van druk is een bekend onderdeel van het dagelijks leven van een Amerikaanse bestuurder, omdat de bandenspanning in de Verenigde Staten wordt meestal gerekend in termen van pond per vierkante inch. (De aanbevolen bandenspanning voor een middelgrote auto is meestal 30-35 lb / in2.)

een andere belangrijke maatstaf voor de druk is de atmosfeer (atm), die de gemiddelde druk uitoefent door lucht op zeeniveau. In het Engels eenheden, Dit is gelijk aan 14.7 lbs./in2, en in SI-eenheden tot 1.013 * 105 Pa – dat is, 101.300 Pa. Er zijn ook twee andere gespecialiseerde eenheden van drukmeting in het SI-systeem: de bar, gelijk aan 105 Pa, en de torr, gelijk aan 133 Pa. Meteorologen, wetenschappers die weerpatronen bestuderen, gebruiken de millibar (mb), die, zoals de naam al aangeeft, gelijk is aan 0,001 bars. Op zeeniveau is de atmosferische druk ongeveer 1.013 mb.

de BAROMETER.

De torr, ooit bekend als de “millimeter kwik”, is gelijk aan de druk die nodig is om een kolom kwik (chemisch symbool Hg) 1 mm op te heffen. het is vernoemd naar de Italiaanse natuurkundige Evangelista Torricelli (1608-1647), die de barometer uitvond, een instrument voor het meten van de atmosferische druk.de barometer, gebouwd door Torricelli in 1643, bestond uit een lange glazen buis gevuld met kwik. De buis was aan de ene kant open en ondersteboven gekeerd tot een schotel met meer kwik: vandaar dat het open uiteinde ondergedompeld werd in kwik, terwijl het gesloten uiteinde aan de bovenkant een vacuüm vormde—dat wil zeggen, een gebied waar de druk veel lager is dan 1 atm.

de druk van de omringende lucht duwde naar beneden op het oppervlak van het kwik in de kom, terwijl het vacuüm aan de bovenkant van de buis een gebied van vrijwel geen druk bood, waarin het kwik kon stijgen. Dus, de hoogte waarop het kwik steeg in de glazen buis vertegenwoordigde normale luchtdruk (dat wil zeggen, 1 atm. Torricelli ontdekte dat bij standaard atmosferische druk, de kolom van Mercurius steeg tot 760 millimeter.

de waarde van 1 atm werd dus vastgesteld als gelijk aan de druk die wordt uitgeoefend op een kolom kwik van 760 mm hoog bij een temperatuur van 0°C (32°F). Bovendien werd Torricelli ‘ s uitvinding uiteindelijk een vast onderdeel van zowel wetenschappelijke laboratoria als van huishoudens. Aangezien veranderingen in de atmosferische druk een effect hebben op de weerpatronen, hebben veel binnen-buitenthermometers tegenwoordig ook een barometer.

druk en vloeistoffen

in termen van fysica worden zowel gassen als vloeistoffen vloeistoffen genoemd—dat wil zeggen stoffen die aan de vorm van hun tank voldoen. Luchtdruk en waterdruk zijn dus specifieke onderwerpen onder de grotere rubriek “vloeistofdruk.”Een vloeistof reageert heel anders op druk dan een vaste stof. De dichtheid van een vaste stof maakt het bestand tegen kleine toepassingen van druk, maar als de druk toeneemt, ervaart het spanning en, uiteindelijk, vervorming. In het geval van een vloeistof, echter, stress veroorzaakt het te stromen in plaats van te vervormen.

Er zijn drie belangrijke kenmerken van de druk die door een tank op vloeistoffen wordt uitgeoefend. Allereerst oefent een vloeistof in een container die geen externe beweging ervaart een kracht uit loodrecht op de wanden van de container. Ook oefenen de containerwanden een kracht uit op de vloeistof, en in beide gevallen is de kracht altijd loodrecht op de wanden.

bij elk van deze drie kenmerken wordt aangenomen dat de container eindig is: met andere woorden, de vloeistof kan nergens anders heen. Vandaar de tweede stelling: de externe druk die op de vloeistof wordt uitgeoefend, wordt uniform overgebracht. Merk op dat de vorige verklaring werd gekwalificeerd door de term “extern”: de vloeistof zelf oefent druk uit waarvan de krachtcomponent gelijk is aan zijn gewicht. Daarom heeft de vloeistof aan de onderkant veel grotere druk dan de vloeistof aan de bovenkant, vanwege het gewicht van de vloeistof erboven.

ten derde is de druk op elk klein oppervlak van de vloeistof gelijk, ongeacht de oriëntatie van dat oppervlak. Met andere woorden, een vloeistofoppervlak loodrecht op de containerwanden ervaart dezelfde druk als een evenwijdig of onder een hoek ten opzichte van de wanden. Dit lijkt in tegenspraak met het eerste principe, dat de kracht loodrecht op de wanden van de container. In feite is kracht een vectorgrootheid, wat betekent dat het zowel magnitude als richting heeft, terwijl druk een scalair is, wat betekent dat het magnitude heeft maar geen specifieke richting.

real-LIFE toepassingen

Pascal ’s Principe en de Hydraulische Pers

De drie hierboven beschreven kenmerken van vloeistofdruk hebben een aantal implicaties en toepassingen, waaronder het zogenaamde Pascal’ s Principe. Net als de SI-eenheid van druk is het principe van Pascal vernoemd naar Blaise Pascal (1623-1662), een Franse wis-en natuurkundige die de tweede van de drie stellingen formuleerde: dat de externe druk die op een vloeistof wordt uitgeoefend uniform door het hele lichaam van die vloeistof wordt overgebracht. Het principe van Pascal werd de basis voor een van de belangrijke machines die ooit werden ontwikkeld, de hydraulische pers.

een eenvoudige hydraulische pers van de soort die wordt gebruikt om een auto in een garage op te tillen, bestaat meestal uit twee grote cilinders naast elkaar. Elke cilinder bevat een zuiger, en de cilinders zijn aan de onderkant verbonden door een kanaal met vloeistof. Kleppen regelen de stroom tussen de twee cilinders. Wanneer men kracht uitoefent door de zuiger in één cilinder (de ingangscilinder) naar beneden te drukken, levert dit een gelijkmatige druk op die output veroorzaakt in de tweede cilinder, waarbij een zuiger omhoog wordt geduwd die de auto optilt.

volgens het principe van Pascal is de druk in de hydraulische pers gelijk en zal deze altijd gelijk zijn aan de verhouding tussen kracht en druk. Zolang die verhouding hetzelfde is, kunnen de waarden van F en A variëren. In het geval van een auto-shop auto jack, de input cilinder heeft een relatief kleine oppervlakte, en dus, de hoeveelheid kracht die moet worden toegepast is relatief klein ook. De uitgangscilinder heeft een relatief groot oppervlak en oefent daarom een relatief grote kracht uit om de auto op te tillen. Dit, in combinatie met het hoogteverschil tussen de twee cilinders (besproken in de context van mechanisch voordeel elders in dit boek), maakt het mogelijk om een zware auto te tillen met een relatief kleine hoeveelheid inspanning.

de hydraulische RAM.

De autokrik is een eenvoudig model van de hydraulische pers die in bedrijf is, maar in feite heeft het principe van Pascal veel meer toepassingen. Onder deze is de hydraulische ram, gebruikt in machines variërend van bulldozers tot de hydraulische liften gebruikt door brandweerlieden en nutswerkers om hoogten te bereiken. In een hydraulische ram worden de kenmerken van de in-en uitvoercilinders echter omgekeerd van die van een autokrik.

De ingangscilinder, de hoofdcilinder genoemd, heeft een groot oppervlak, terwijl de uitgangscilinder (de slavecilinder genoemd) een klein oppervlak heeft. Bovendien is de hoofdcilinder kort, terwijl de slavencilinder hoog is—hoewel dit op zich weer een factor is die verband houdt met het mechanische voordeel in plaats van met de druk. Door de grotere oppervlakte van de hoofdcilinder in vergelijking met die van de slavencilinder wordt de hydraulische ram niet als efficiënt beschouwd in termen van mechanisch voordeel: met andere woorden, de krachtingang is veel groter dan de krachtuitgang.

niettemin is de hydraulische ram net zo goed geschikt voor zijn doel als een autokrik. Terwijl de krik is gemaakt voor het tillen van een zware auto door een korte verticale afstand, de hydraulische ram draagt een veel lichtere lading (meestal slechts een persoon) door een veel grotere verticale bereik—naar de top van een boom of gebouw, bijvoorbeeld.

Exploitatiedrukverschillen

pompen.

een pomp maakt gebruik van het principe van Pascal, maar in plaats van de vloeistof in een enkele container vast te houden, laat een pomp de vloeistof ontsnappen. Specifiek, de pomp maakt gebruik van een drukverschil, waardoor de vloeistof te verplaatsen van een gebied van hogere druk naar een van lagere druk. Een heel eenvoudig voorbeeld hiervan is een sifonslang, gebruikt om petroleum uit de benzinetank van een auto te trekken. Zuigen aan een uiteinde van de slang creëert een gebied van lage druk in vergelijking met de relatief hoge druk gebied van de gastank. Uiteindelijk zal de benzine uit de lagedrukzijde van de slang komen. (En met een beetje geluk zal de persoon die heft dit kunnen anticiperen, zodat hij geen mondvol benzine krijgt!)

de zuigerpomp, complexer, maar nog steeds vrij basisch, bestaat uit een verticale cilinder waarlangs een zuiger stijgt en valt. In de buurt van de bodem van de cilinder zijn twee kleppen, een inlaatklep waardoor vloeistof stroomt in de cilinder, en een uitlaatklep waardoor vloeistof stroomt uit het. Bij de zuigslag, als de zuiger naar boven beweegt, opent de inlaatklep en laat vloeistof de cilinder binnenkomen. Op de neergaande slag sluit de inlaatklep terwijl de uitlaatklep opent, en de druk van de zuiger op de vloeistof dwingt het door de uitlaatklep.

een van de meest voor de hand liggende toepassingen van de zuigerpomp is in de motor van een auto. In dit geval, natuurlijk, de vloeistof wordt gepompt is benzine, die duwt de zuigers door het verstrekken van een reeks gecontroleerde explosies die door de ontsteking van de bougie van het gas. In een andere verscheidenheid van zuigerpomp-het soort gebruikt om een basketbal of een fietsband op te blazen-lucht is de vloeistof wordt gepompt. Dan is er een pomp voor water, die pompen drinkwater uit de grond het kan ook worden gebruikt om wenselijk water te verwijderen uit een gebied waar het een belemmering, bijvoorbeeld, in de bodem van een boot.

het principe van BERNOULLI.hoewel Pascal waardevol inzicht gaf in het gebruik van druk bij het uitvoeren van werk, was de Zwitserse wis-en natuurkundige Daniel Bernoulli (1700-1782) de denker die voor het eerst algemene principes formuleerde over de relatie tussen vloeistoffen en druk. Bernoulli wordt beschouwd als de vader van de vloeistofmechanica, de studie van het gedrag van gassen en vloeistoffen in rust en in beweging.tijdens experimenten met vloeistoffen merkte Bernoulli op dat wanneer de diameter van een leiding kleiner wordt, het water sneller stroomt. Dit suggereerde hem dat er een kracht moest zijnop het water, een kracht die hij redeneerde moet voortkomen uit verschillen in druk. In het bijzonder, de trager bewegende vloeistof in het bredere gebied van de pijp had een grotere druk dan het deel van de vloeistof bewegen door het smallere deel van de pijp. Als gevolg hiervan concludeerde hij dat druk en snelheid omgekeerd gerelateerd zijn—met andere woorden, als de een toeneemt, neemt de ander af.daarom formuleerde hij Bernoulli ‘ s principe, dat stelt dat Voor alle veranderingen in beweging, de som van statische en dynamische druk in een vloeistof hetzelfde blijft. Een vloeistof in rust oefent statische druk uit, wat gewoonlijk wordt bedoeld met “druk”, zoals in “waterdruk.”Als de vloeistof begint te bewegen, echter, een deel van de statische druk—evenredig met de snelheid van de vloeistof—wordt omgezet in wat bekend staat als dynamische druk, of de druk van de beweging. In een cilindrische buis wordt de statische druk loodrecht op het oppervlak van de tank uitgeoefend, terwijl de dynamische druk evenwijdig daaraan is.

volgens het principe van Bernoulli geldt: hoe groter de snelheid van de stroom in een vloeistof, hoe groter de dynamische druk en hoe minder de statische druk: met andere woorden, langzamer bewegende vloeistof oefent een grotere druk uit dan sneller bewegende vloeistof. De ontdekking van dit principe maakte uiteindelijk de ontwikkeling van het vliegtuig mogelijk.

als vloeistof van een bredere naar een smallere pijp beweegt, verandert het volume van die vloeistof dat een bepaalde afstand in een bepaalde periode beweegt niet. Maar omdat de breedte van de smallere pijp kleiner is, moet de vloeistof sneller bewegen (dat wil zeggen, met grotere dynamische druk) om dezelfde hoeveelheid vloeistof op dezelfde afstand in dezelfde tijd te verplaatsen. Een manier om dit te illustreren is om het gedrag van een rivier te observeren: in een breed, niet-beperkt gebied stroomt hij langzaam, maar als zijn stroming wordt versmald door canyon muren, dan versnelt hij dramatisch.het principe van Bernoulli werd uiteindelijk de basis voor het vleugelprofiel, het ontwerp van de vleugel van een vliegtuig gezien vanaf het einde. Een vleugelprofiel heeft de vorm van een asymmetrische traan op zijn kant, met het “vet” uiteinde naar de luchtstroom. Als de lucht de voorkant van het vleugelprofiel raakt, splitst de luchtstroom, een deel ervan gaat over de vleugel en een deel gaat er onder door. Het bovenvlak van het vleugelprofiel is echter gebogen, terwijl het ondervlak veel rechter is.

hierdoor heeft de lucht die over de bovenkant stroomt een grotere afstand te overbruggen dan de lucht die onder de vleugel stroomt. Omdat vloeistoffen de neiging hebben om alle voorwerpen waarmee ze in contact komen te compenseren, zal de lucht aan de bovenkant sneller stromen om te voldoen aan de lucht aan de onderkant aan de achterkant van de vleugel. Een snellere luchtstroom, zoals blijkt uit Bernoulli, duidt op een lagere druk, wat betekent dat de druk op de onderkant van de vleugel het vliegtuig omhoog houdt.honderdtwintig jaar voor de eerste succesvolle vlucht van de gebroeders Wright in 1903, ontwikkelde een ander paar broers—de Mont-golfers van Frankrijk-een andere manier van vliegen. Dit was de ballon, die op een heel ander principe vertrouwde om van de grond te komen: drijfvermogen, of de neiging van een object ondergedompeld in een vloeistof om te drijven. Net als bij het principe van Bernoulli is het concept drijfvermogen echter gerelateerd aan druk.in de derde eeuw v.Chr., de Griekse wiskundige, natuurkundige en uitvinder Archimedes (ca. 287-212 v.Chr.) ontdekte wat bekend kwam te staan als Archimedes principe, dat stelt dat de drijvende kracht van een object ondergedompeld in vloeistof gelijk is aan het gewicht van de vloeistof verplaatst door het object. Dit is de reden waarom schepen drijven: omdat de drijvende of hefkracht van hen minder dan gelijk is aan het gewicht van het water dat ze verplaatsen.

de romp van een schip is ontworpen om een hoeveelheid water te verplaatsen of te verplaatsen waarvan het gewicht groter is dan dat van het schip zelf. Het gewicht van het verplaatste water—dat wil zeggen zijn massa vermenigvuldigd met de neerwaartse versnelling veroorzaakt door de zwaartekracht—is gelijk aan de drijvende kracht die de oceaan uitoefent op het schip. Als het schip minder weegt dan het water dat het verdrijft, zal het drijven, maar als het meer weegt, zal het zinken.

De Factoren die betrokken zijn bij het principe van Archimedes hangen af van dichtheid, zwaartekracht en diepte in plaats van druk. Echter, hoe groter de diepte in een vloeistof, hoe groter de druk die duwt tegen een object ondergedompeld in de vloeistof. Bovendien is de totale druk op een bepaalde diepte in een vloeistof gedeeltelijk gerelateerd aan zowel dichtheid als zwaartekracht, componenten van drijvende kracht.

druk en diepte.

de druk die een vloeistof uitoefent op de bodem van de tank is gelijk aan dgh, waarbij d de dichtheid is, g de versnelling door zwaartekracht en h de diepte van de tank. Voor elk deel van de vloeistof, h is gelijk aan de diepte in de container, wat betekent datde diepere men gaat, hoe groter de druk. Bovendien is de totale druk in de vloeistof gelijk aan DGH + p extern, waarbij P extern de druk is die op het oppervlak van de vloeistof wordt uitgeoefend. In een zuiger-en-cilinder assemblage komt deze druk uit de zuiger, maar in water komt de druk uit de atmosfeer.

in deze context kan de oceaan worden gezien als een type “container.”Aan het oppervlak oefent de lucht een neerwaartse druk uit die gelijk is aan 1 atm. De dichtheid van het water zelf is gelijk, evenals de neerwaartse versnelling als gevolg van de zwaartekracht; de enige variabele is dan h, of de afstand Onder het oppervlak. Op het diepste punt van de oceaan is de druk ongelooflijk groot—veel meer dan een mens zou kunnen verdragen. Deze enorme hoeveelheid druk duwt naar boven en weerstaat de neerwaartse druk van objecten op het oppervlak. Tegelijkertijd, als het gewicht van een boot goed wordt verspreid langs de romp, het schip maximaliseert de oppervlakte en minimaliseert de kracht, waardoor een neerwaartse druk op het oppervlak van het water die lager is dan de opwaartse druk van het water zelf. Daarom drijft het.

druk en het menselijk lichaam

luchtdruk.

De Montgolfiers gebruikten het principe van drijfvermogen niet om op het water te drijven, maar om in de lucht te drijven met een vaartuig lichter dan lucht. De bijzonderheden van deze prestatie worden elders besproken, in de context van drijfvermogen; maar het onderwerp van lichter-dan-lucht vliegen suggereert een ander concept dat meerdere malen in dit essay is gezinspeeld op: luchtdruk.

net zoals de waterdruk het grootst is op de bodem van de oceaan, is de luchtdruk het grootst aan het aardoppervlak—dat in feite op de bodem van een “oceaan” van lucht ligt. Zowel lucht – als waterdruk zijn voorbeelden van hydrostatische druk – de druk die op elke plaats in een lichaam van vloeistof bestaat als gevolg van het gewicht van de vloeistof hierboven. In het geval van luchtdruk wordt lucht naar beneden getrokken door de kracht van de zwaartekracht van de aarde, en lucht langs het oppervlak heeft een grotere druk als gevolg van het gewicht (een functie van de zwaartekracht) van de lucht erboven. Op grote hoogten boven het aardoppervlak neemt de zwaartekracht echter af, waardoor de luchtdruk veel kleiner is.

in de gewone ervaring wordt het lichaam van een persoon blootgesteld aan een indrukwekkende hoeveelheid druk. Gezien de eerder besproken waarde van de atmosferische druk, als men zijn hand uitsteekt—ervan uitgaande dat het oppervlak ongeveer 20 in2 (0,129 m2) is—is de kracht van de lucht die erop rust bijna 300 lb (136 kg)! Hoe komt het dan dat iemand niet verpletterd wordt door al dit gewicht? De reden is dat het menselijk lichaam zelf onder druk staat, en dat het inwendige van het lichaam een druk uitoefent die gelijk is aan die van de lucht.

de reactie op veranderingen in de luchtdruk.

het menselijk lichaam is in feite geschikt voor de normale luchtdruk van 1 atm, en als die externe druk wordt gewijzigd, ondergaat het lichaam veranderingen die schadelijk of zelfs fataal kunnen zijn. Een klein voorbeeld hiervan is het “knallen” in de oren dat optreedt wanneer men door de bergen rijdt of in een vliegtuig rijdt. Met veranderingen in hoogte komen veranderingen in druk, en dus, de druk in de oren verandert ook.

zoals eerder opgemerkt, is de luchtdruk op grotere hoogtes verminderd, waardoor het moeilijker is om te ademen. Omdat lucht een gas is, hebben de moleculen de neiging niet aantrekkelijk te zijn: met andere woorden, wanneer de druk laag is, hebben ze de neiging om van elkaar weg te bewegen, en het resultaat is dat een persoon op grote hoogte moeite heeft om voldoende lucht in zijn of haar longen te krijgen. Lopers die deelnamen aan de Olympische Spelen van 1968 in Mexico-Stad, een stad in de bergen, moesten trainen op grote hoogte omgevingen zodat ze konden ademen tijdens de competitie. Voor honkbalteams die concurreren in Denver, Colorado (bekend als “The Mile-High City”), wordt dit nadeel in de ademhaling gecompenseerd door het feit dat verlaagde druk en weerstand een honkbal gemakkelijker door de lucht laat bewegen.

als een persoon in een dergelijke omgeving op grote hoogte wordt opgevoed, raakt hij of zij natuurlijk gewend aan ademhaling onder lage luchtdrukomstandigheden. In de Peruaanse Andes, bijvoorbeeld, mensen brengen hun hele leven op een hoogte meer dan twee keer zo groot als die van Denver, maar een persoon uit een lage hoogte gebied moet een dergelijke lokale alleen te bezoeken na het nemen van voorzorgsmaatregelen. Op extreem grote hoogten kan natuurlijk geen mens ademen: vandaar dat vliegtuigcabines onder druk staan. De meeste vliegtuigen zijn uitgerust met zuurstofmaskers, die van het plafond vallen als het interieur van de cabine ervaart een drukval. Zonder deze maskers zou iedereen in de hut sterven.

bloeddruk.

een ander aspect van druk en het menselijk lichaam is de bloeddruk. Net zoals 20/20 vision ideaal is, raden artsen een beoogde bloeddruk van “120 over 80” aan – maar wat betekent dat? Wanneer de bloeddruk van een persoon wordt gemeten, wordt een opblaasbare manchet om de bovenarm gewikkeld op hetzelfde niveau als het hart. Tegelijkertijd wordt een stethoscoop langs een slagader in de onderarm geplaatst om het geluid van de bloedstroom te controleren. De manchet wordt opgeblazen om de bloedstroom te stoppen, waarna de druk wordt vrijgegeven totdat het bloed weer begint te stromen, waardoor een gorgelend geluid in de stethoscoop ontstaat.

de druk die nodig is om de bloedstroom te stoppen staat bekend als de systolische druk, die gelijk is aan de maximale druk die door het hart wordt geproduceerd. Nadat de druk op de manchet is verminderd totdat het bloed normaal begint te stromen—wat wordt weerspiegeld door het stoppen van het gorgelende geluid in de stethoscoop—wordt de druk van de slagader opnieuw gemeten. Dit is de diastolische druk, of de druk die bestaat in de slagader tussen slagen van het hart. Voor een gezond persoon moet de systolische druk 120 torr zijn en de diastolische druk 80 torr.

meer informatie

“Atmosferische druk: de kracht die wordt uitgeoefend door het gewicht van de lucht” (website). <http://kids.earth.nasa.gov/archive/air_pressure/> (7 April 2001).

Beiser, Arthur. Natuurkunde, 5e ed. Reading, MA: Addison-Wesley, 1991.

“bloeddruk” (website). <; (7 April 2001).

Clark, John Owen Edward. sfeer. New York: Gloucester Press, 1992.

Cobb, Allan B. Super Science Projects About Oceans. New York: Rosen, 2000.

” The Physics of Underwater Diving: Pressure Lesson “(website). <http://www.uncwil.edu/nurc/aquarius/lessons/pressure.html> (7 April 2001).

Provenzo, Eugene F. en Asterie Baker Provenzo. 47 eenvoudig te doen klassieke experimenten. Illustrations by Peter A. Zorn, Jr. New York: Dover Publications, 1989.

“Understanding Air Pressure” USA Today (website). <http://www.usatoday.com/weather/wbarocx.html> (7 April 2001).

Zubrowski, Bernie. Ballonnen: bouwen en experimenteren met opblaasbaar speelgoed. Geïllustreerd door Roy Doty. New York: Morrow Junior Books, 1990.

sleuteltermen

atmosfeer:

Een maat voor de druk, afgekort ” atm ” en gelijk aan de gemiddelde druk die door de lucht op zeeniveau wordt uitgeoefend. In het Engels eenheden, Dit is gelijk aan 14,7 pond per vierkante inch, en in SI eenheden 101.300 Pascal.

BAROMETER:

een instrument dat de atmosferische druk verlicht.

drijfvermogen:

de neiging van een object in een vloeistof te drijven.

vloeistof:

elke stof, gas of vloeistof, die in overeenstemming is met de vorm van de container.

vloeistofmechanica:

De studie van het gedrag van gassen en vloeistoffen in rust en in beweging.

hydrostatische druk:

de druk die bestaat op elke plaats in een vloeistoflichaam als gevolg van het gewicht van de vloeistof hierboven.

PASCAL:

het principe SI of Metric eenheid van druk, afgekort ” Pa ” en gelijk aan 1 N/m2.

PASCAL ‘ s Principe:

een uitspraak, geformuleerd door de Franse wis-en natuurkundige Blaise Pascal (1623-1662), die stelt dat de externe druk die wordt uitgeoefend op een vloeistof gelijkmatig wordt overgebracht door het hele lichaam van die vloeistof.

druk:

de verhouding tussen kracht en oppervlak, wanneer kracht wordt uitgeoefend in een richting loodrecht op dat oppervlak. De formule voor druk (p)is p = F / A, waarbij F kracht is en A het oppervlak.