Tlak
Tlak je fyzikálna veličina, vyjadrujúca pomer sily (tzv. tlaková sila) kolmo, rovnomerne a spojito pôsobiacej na plochu a obsahu tejto plochy .
Jednotkou tlaku je pascal (Pa), čiže newton na meter štvorcový – N.m−2. Tlak neúčinkuje iba v bode pôsobenia sily, ale prenáša sa objemom telesa. Patrí k základným termodynamickým veličinám.
Pokiaľ vektor sily pôsobí iba kolmo, hovoríme o „prostom“, „čistom“ resp. „rovnomernom“ tlaku, ak sila nie je po ploche rozložená rovnomerne potom hovoríme o „strednom“ resp. „priemernom“ tlaku, ak sila pôsobí v bode hovoríme o "miestnom" tlaku, t. j. tlakom pôsobiacom v bode uvažovanej plochy rozumieme diferenciálny podiel
- .
Zovšeobecnením definície tlaku (pre sily pôsobiace ľubovoľným smerom na všeobecnú plochu) môžeme zapísať rovnicu:
- ,
kde je zložka vektora sily, kolmá k elementu plochy na ktorý pôsobí, pričom smer vektora elementu má smer normály k tejto plôške.
Fyzikálny rozmer veličiny je
- .
Ak je látka pružná, resp. stlačiteľná, tlak spôsobí deformáciu. Pri pôsobení sily na pevné teleso sa rozlišuje ťah a tlak. Ťahová sila spôsobí roztiahnutie telesa, tlaková sila stlačenie telesa. Ťahové a tlakové sily sa odlišujú iba smerom pôsobenia sily (opačný vektor sily).
Fyzikálna podstata
Tlak v plynoch je vyvolaný tepelným pohybom častíc plynu (atómov alebo molekúl); nárazy týchto častíc na steny nádoby sa prejavia pôsobiacim tlakom. Podobne to platí aj pri kvapalinách. Tlak pôsobí aj v pevných látkach, kde sa prenáša interakciou medzi časticami v štruktúre látky.
Tlaková sila
Podľa tretieho pohybového zákona pôsobí kvapalina proti pôsobiacej sile rovnako veľkou reakciou. Kvapalina teda pôsobí tlakovou silou kolmou na plochu, na ktorú pôsobí sila. Táto sila má veľkosť
Tlaková sila pôsobí vždy kolmo na plochu. Na vodorovné dno pôsobí zvislá tlaková sila, na zvislé steny pôsobí vodorovná tlaková sila, na šikmé steny pôsobí tlaková sila kolmá k tejto stene.
Pôsobenie tlaku vyvoláva v pevných telesách deformáciu, pričom vzájomnú súvislosť medzi pôsobiacim tlakom a vzniknutou deformáciou skúma pružnosť. Pri pôsobení malého tlaku platí Hookov zákon.
Jednotky
Hlavnou jednotkou tlaku v sústave SI je pascal (Pa). Je to tlak, ktorý vyvoláva sila 1 newtonu (1 N), rovnomerne a spojito rozložená a pôsobiaca kolmo na plochu o obsahu 1 štvorcového metra (1 m²). V technickej praxi sa používajú hlavne násobky kilopascal (kPa, tj 103 Pa) a megapascal (MPa, t. j. 106 Pa), v geológii a geofyzike i gigapascal (GPa, t. j. 109 Pa). V meteorológii je obvyklé uvádzať tlak vzduchu v jednotkách hektopascal (hPa, t. j. 100 Pa), pretože normálny tlak atmosféry je blízky tisícnásobku tejto jednotky (presne 1 013,25 hPa). Vo vákuovej technike sa používajú menšie jednotky ako milipascal (mPa, t. j. 10−3 Pa) a mikropascal (μPa, t. j. 10−6 Pa).
V technickej praxi sa v minulosti používali aj iné jednotky, hlavne bar (bar) a technická atmosféra (at) rovná kilopondu na štvorcový centimeter (kp/cm2). Naproti tomu vo fyzike a termodynamike sa používala tzv. fyzikálna atmosféra (atm), odvodená od normálneho tlaku atmosféry. V meteorológii bolo v minulosti obvyklé používánie jednotky torr (Torr), pôvodne nazývané milimeter ortuťového stĺpca (mmHg). V anglosaských krajinách a Ázii sa bežne môžeme stretnúť s jednotkou libra sily na štvorcový palec (psi). l
pascal (Pa) |
bar (bar) |
technická atmosféra (at) |
atmosféra (atm) |
torr (torr) |
libra sily na štvorcový palec (psi) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| jednotka | N.m-2 | Mdyn.cm-2 | kp.cm-2 | PSTP | mm Hg | lbf.in-2 |
| 1 Pa | * | 10−5 | 1,0197×10−5 | 9,8692×10−6 | 7,5006×10−3 | 145,04×10−6 |
| 1 bar | 100 000 | * | 1,0197 | 0,98692 | 750,0638 | 14,5038 |
| 1 at | 98 066,5 | 0,980665 | * | 0,96784 | 735,5613 | 14,2233 |
| 1 atm | 101 325 | 1,01325 | 1,0332 | * | 760,0021 | 14,6959 |
| 1 torr | 133,322 | 1,3332×10−3 | 1,3595×10−3 | 1,3158×10−3 | * | 19,337×10−3 |
| 1 psi | 6 894,76 | 68,948×10−3 | 70,307×10−3 | 68,046×10−3 | 51,7151 | * |
Kinetický tlak
Tlak v plynoch (napríklad tlak napínajúci pneumatiku bicykla) je iného charakteru ako tlak vyvolaný napríklad tehlou ležiacou na zemi. Spôsobujú ho nárazy jednotlivých molekúl plynu, ktoré sa pohybujú priestorom a pritom narážajú do stien nádoby (a občas aj do iných molekúl). Preto niekedy hovoríme o tzv. kinetickom tlaku – toto zvýrazňuje fakt, že hlavným dôvodom pre prítomnosť tlaku je skutočne pohyb molekúl. Pohybom molekúl plynov sa zaoberá tzv. kinetická teória plynov, jedným z jej dôležitých výsledkov je tzv. stavová rovnica pre ideálny plyn.
Hydrostatický tlak
pozri hlavný článok: Hydrostatický tlak
Hydrostatický tlak v plynoch a kvapalinách je daný hmotnosťou horných vrstiev, ktoré v gravitačnom poli pôsobia silou na vrstvy pod nimi. Túto silu pôsobiacu na plochu nazývame hydrostatickým tlakom. Počíta sa pomocou vzťahu
kde
- je hustota kvapaliny alebo plynu
- je tiažové zrýchlenie (na Zemi 9,81 m.s−2)
- je hĺbka (výška kvapalinového alebo plynného stĺpca)
Atmosférický tlak
pozri hlavný článok: Atmosférický tlak
Atmosférický tlak je špeciálnym prípadom hydrostatického tlaku vyvolaného hmotnosťou vzduchu tvoriaceho atmosféru. Pod vplyvom počasia atmosférický tlak mierne kolíše, preto bol zavedený takzvaný štandardný atmosférický tlak alebo normálny tlak s hodnotou 101 325 Pa a je približne rovný typickej hodnote tlaku na úrovni mora. Tlak v atmosfére klesá s nadmorskou výškou, pretože sa zmenšuje stĺpec vzduchu nad miestom merania.
Pretlak a podtlak
Ide o relatívne vyjadrenie tlaku, obvykle ako tlak v nejakom uzavretom priestore voči tlaku v okolitom priestore (často atmosférickom). Pretlak znamená vyšší než referenčný, podtlak nižší než referenčný tlak..
