ทำไมความกดอากาศในทุกทิศทาง

1. นี่คือคำจำกัดความทั่วไปของความกดอากาศ:

ความกดอากาศเกิดจากน้ำหนักของโมเลกุลอากาศด้านบน แม้แต่โมเลกุลอากาศขนาดเล็กก็มีน้ำหนักอยู่บ้างและโมเลกุลอากาศจำนวนมากที่ประกอบเป็นชั้นบรรยากาศของเราก็มีน้ำหนักมากซึ่งจะกดลงบนสิ่งที่อยู่ด้านล่าง

2. และยังแหล่งข้อมูลทั้งหมดที่ฉันเคยเห็นระบุว่าความดันอากาศมีค่าเท่ากันทุกทิศทาง

1 & 2 ดูเหมือนจะขัดแย้งกัน

คำถามที่เกี่ยวข้อง:

เหตุใดความดันอากาศจากด้านบนจึงไม่บีบเรา? คำตอบที่ฉันเห็นเป็นประจำคือความกดอากาศที่เท่ากันจากด้านล่างทำให้สมดุล แต่ถ้ารถคันหนึ่งจอดอยู่กับฉันจากด้านบนและบดขยี้ฉันรถคันอื่นที่กดฉันจากด้านล่างจะไม่บรรเทาความกดดันนั้น - มันจะเพิ่มความกดดันที่ฉันรู้สึกได้! ถ้าฉันอยู่ในตู้เสื้อผ้าที่ปิดล้อมและมีกำแพงด้านหนึ่งที่จะกดเข้าหาฉันแล้วกำแพงฝั่งตรงข้ามก็จะกดเข้ามาหาฉันกำแพงที่สองจะไม่ "สมดุล" สิ่งต่าง ๆ ออกไป แต่จะเพิ่มแรงกดดันให้ฉันเท่านั้น จะรู้สึก!

ทำไมความกดอากาศจึงเท่ากันทุกทิศทาง

ลองนึกภาพว่ามันจะมีความหมายอย่างไรกับโลหะแผ่นบาง ๆ ถ้าความดันไม่เท่ากันจากด้านบนและด้านล่าง จะมีแรงกดดันมากขึ้นดันลงมาจากด้านบนมากกว่าดันขึ้นจากด้านล่างซึ่งจะถือเอาแรงสุทธิ แรงนี้จะเริ่มเร่งชิ้นส่วนโลหะลง จะไม่มีความสมดุล ตอนนี้ลืมเกี่ยวกับชิ้นส่วนของโลหะ ถ้าไม่มีมันก็จะมีโมเลกุลของอากาศวิ่งลงมาจากการไล่ระดับความดัน จริง ๆ แล้วพวกเขาจะรีบลงไปจนกว่าพวกเขาจะไล่ระดับความกดดันและหยุดเคลื่อนไหว

เหตุใดความดันอากาศจากด้านบนจึงไม่บีบเรา? คำตอบที่ฉันเห็นเป็นประจำคือความกดอากาศที่เท่ากันจากด้านล่างทำให้สมดุล

มันไม่ถูกต้องนัก ความดันไม่เท่ากับจากด้านบนและด้านล่างโดยที่ร่างกายของคุณเป็นโซนของแรงกดดันที่แตกต่างกัน แต่ร่างกายทั้งหมดของคุณมีความกดดันเช่นเดียวกับสภาพแวดล้อม เพื่อให้เข้าใจถึงความแตกต่างลองนึกถึงถังที่สามารถระบายอากาศได้บางส่วน (ถังสุญญากาศ) เมื่อถังน้ำมันเต็มไปด้วยความดันเท่ากันกับสภาพแวดล้อมสามารถถอดฝาออกได้ง่าย หากคุณปิดผนึกภาชนะให้ปั๊มลมออกแล้วลองนำฝาออกมาคุณจะพบว่ามันติดแน่นมาก ทั้งนี้เป็นเพราะมีแรงที่แข็งแกร่งบนฝาที่เกิดจากการไล่ระดับความดันระหว่างภายในและภายนอก

ความจริงที่ว่าร่างกายของคุณมีความดันบรรยากาศเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับการทำงานของมัน หากคุณถูกโยนออกจากยานอวกาศที่ความดันใกล้ศูนย์ก๊าซทั้งหมด (ออกซิเจนเป็นสิ่งสำคัญ) จะระเหยออกจากของเหลวในร่างกายของคุณ

ความกดอากาศถูกกระทำบนพื้นผิวของร่างกายโดยโมเลกุลของอากาศกระทบพื้นผิวและถูกสะท้อนออกมา การสะท้อนกลับแต่ละครั้ง (กาซิลเลี่ยนที่เกิดขึ้นต่อวินาที) จะถ่ายโอนแรงกระตุ้นเล็กน้อยบนพื้นผิวซึ่ง macroscopically หมายถึงแรงถาวร (ต่อหน่วยของพื้นที่) ทำไมโมเลกุลของอากาศถึงกระเด็นและชนตลอดเวลา อาจเป็นเพราะอากาศมีการเคลื่อนไหวที่มีขนาดใหญ่ (aka "ลม") หรือเพราะพวกเขากระเด็นไปรอบ ๆ อย่างไม่สม่ำเสมอ (อุณหภูมิ "aka") การเคลื่อนไหวแบบหลังไม่รู้ทิศทางที่ต้องการดังนั้นความดันจะเหมือนกันไม่ว่าแนวการทดสอบจะมีพื้นผิวแบบใด ความจริงที่ว่าไม่มีการเคลื่อนไหวของตาข่าย (ลม) แสดงโดยข้อเท็จจริงที่ว่าแรงเดียวกันกระทำที่ด้านหลังของพื้นผิวที่บางเหมือนที่ด้านหน้า (ดังนั้นจึงไม่มีแรงสุทธิ)

ถ้าเช่นนั้นความดันอากาศสัมพันธ์กับน้ำหนักของอากาศที่อยู่เหนือเรา ในequilibrumแรงที่เกิดจากความกดอากาศจากด้านล่างบนพื้นผิวในแนวนอนในจินตนาการนั้นเพียงพอที่จะทำให้คอลัมน์อากาศอยู่เหนือ "อยู่ในตำแหน่ง" whoich หมายความว่ามันเท่ากับน้ำหนัก เราไม่จำเป็นต้องมี equilibrum เสมอไป แต่ถ้าเราไม่ทำเช่นนั้นผู้บังคับกองกำลังจะทำให้เกิดการสั่นสะเทือนและการเคลื่อนไหว - จนกว่าจะถึงสมดุลย์

ฉันพยายามที่จะแยกคำถามออกเป็นความคิดเห็นถ้าฉันคิดถึงบางอย่าง

ความกดอากาศเกิดจากน้ำหนักของโมเลกุลอากาศด้านบน

ถูกต้องแน่นอน ความกดอากาศเป็นสัดส่วนกับปริมาณอากาศที่อยู่เหนือมัน: คุณมีภูเขาสูงน้อยกว่าระดับน้ำทะเล แผนภาพแสดงสิ่งนี้ในทางปฏิบัติ

ความกดอากาศเท่ากันทุกทิศทาง

สิ่งนี้ก็เป็นจริงเช่นกัน: มันจะผลักกันทุกทิศทาง ถ้ามันไม่เท่ากันก็จะพยายามทำให้เกิดสมดุล โมเลกุลของอากาศจะขึ้นอยู่กับแรงโน้มถ่วงทั้งสองที่ดึงเข้าหาโลก (บีบอัดมัน) และแรงของโมเลกุลอื่น ๆ ผลักมันออกไป

แหล่ง

และยังแหล่งข้อมูลทั้งหมดที่ฉันเคยเห็นระบุว่าความดันอากาศมีค่าเท่ากันทุกทิศทาง

สำหรับจุดเล็ก ๆ ในชั้นบรรยากาศมันจะเป็นจริง จะมีแรงกระทำเท่ากันทุกทิศทุกทาง

1 & 2 ดูเหมือนจะขัดแย้งกัน

มีความแตกต่างเล็กน้อยมากสำหรับภาชนะบรรจุทรงลูกบาศก์เล็ก ๆ เนื่องจากด้านล่างจะมีแรงดันสูงกว่าเล็กน้อยจากอากาศเหนือด้านบนกว่าด้านบนและความดันจะสูงขึ้นเล็กน้อย อย่างไรก็ตามการลดลงของความดันที่มีระดับความสูงจะเกิดขึ้นทั้งภายในและภายนอกกล่อง โดยทั่วไปความแตกต่างของแรงดันสามารถถูกละเว้นได้สำหรับการใช้งานเกือบทุกประเภท

ความดันถูกกำหนดโดยสูตร

${P = {\rho}gh}$

ที่ไหน:

• ${\rho}$

• ${g}$

• ${h}$

ความดัน ณจุดใด ๆ ที่อยู่ต่ำกว่าขอบเขตของของเหลวเช่นอากาศและน้ำมีความสม่ำเสมอในทุกทิศทางเนื่องจากโมเลกุลของของเหลวอยู่ในการเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องและชนกันอย่างต่อเนื่อง ความดันเพิ่มขึ้นตามความลึกของของเหลวเนื่องจากปริมาณของของเหลวที่อยู่เหนือมัน แต่จุดใดก็ตามบนระนาบแนวนอนจะมีความดันเท่ากัน

เปรียบเทียบสิ่งนี้กับหินในเปลือกโลกและเสื้อคลุมของโลก การไม่สนใจความเครียดของเปลือกโลกความดันในทิศทางแนวตั้งก็ยังคงได้รับ

${P = {\rho}gh}$

อย่างไรก็ตามเนื่องจากลักษณะที่เป็นของแข็งของหินโมเลกุลจึงไม่เคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วและไม่ชนกันอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นความดันในทิศทางด้านข้างจะไม่เท่ากับความดันในแนวตั้งและความดัน / ความเค้นในหินไม่เท่ากันทุกทิศทาง

แหล่งที่มานี้ให้แรงดัน / ความเครียดด้านข้างเหมือนกับความสัมพันธ์กับความดันแนวตั้ง / ความเครียด

${{\sigma}_h = k{\sigma}_v = k{\rho}gh}$

ความดันคือแรงเฉลี่ยภายนอกที่โมเลกุลออกแรงโดยรอบ

หากคุณใช้กรณีของโมเลกุลอากาศที่กระแทกกับทุกสิ่งที่พวกมันผลักออกไปด้านข้างเท่า ๆ กัน แต่เมื่อคุณพูดถึงน้ำหนักของพวกเขาหมายความว่าพวกมันดันลงหนักกว่าที่พวกมันดันขึ้น เนื่องจากน้ำหนักของอากาศในพื้นที่ขนาดเล็กมีขนาดเล็กมากความแตกต่างนี้จึงมักถูกมองข้าม อย่างไรก็ตามหากไม่มีลูกโป่งที่แตกต่างกันจะไม่ลอย ความแตกต่างเล็ก ๆ นี้เพิ่มขึ้นในชั้นบรรยากาศจนกระทั่งแรงกดลงที่นี่บนพื้นผิวมีความสำคัญมาก

เหตุผลที่รถยนต์จะทำให้คุณงงงวยก็คือเมื่อรถดันลงด้วยแรงดันสูงมันจะขยับพื้นผิวของคุณเข้าด้านในจนกว่าคุณจะกดกลับด้วยแรงดันเดียวกัน น่าเสียดายสำหรับคุณเนื่องจากความดันภายในของคุณเพิ่มขึ้นซึ่งทำให้ด้านข้างของคุณมีความดันสูงกว่าอากาศรอบตัวคุณดังนั้นด้านข้างของคุณจึงออกไปเนื่องจากอากาศไม่ดันกลับอย่างแรง ดังนั้นจึงไม่เพียงพอที่จะผลักจากด้านบนและล่างหรือจากสี่ด้าน คุณต้องถูกผลักจากทุกทิศทุกทางรวมถึงจมูกของคุณและข้างในปอดของคุณเพื่อที่ความดันภายในของคุณจะสามารถดันกลับไปได้อย่างสบาย ๆ กับแรงดันสูง

ข้อความทั้งสองถูกต้อง วิธีที่ดีที่สุดที่จะเข้าใจว่าทั้งสองข้อความนี้สามารถอยู่ร่วมกันได้อย่างไรก็คือการเข้าใจแนวคิดของแรงดันแก๊ส

ทีนี้เข้าใจถึงความดันเราดูที่ภาชนะบรรจุที่เต็มไปด้วยโมเลกุลก๊าซ โมเลกุลของแก๊สไม่ทำตัวเหมือนของแข็งหรือของเหลว ในก๊าซโมเลกุลจะไม่ดึงดูดซึ่งกันและกันดังนั้นพวกมันจึงบินไปด้วยความเร็วสูงที่พุ่งชนวัตถุและโมเลกุลก๊าซอื่น ๆ การชนเหล่านี้มีความยืดหยุ่นจึงไม่สูญเสียพลังงานในระหว่างการชน

ทุกครั้งที่มีการปะทะเกิดขึ้นการถ่ายเทพลังงานบางอย่างเกิดขึ้นระหว่างโมเลกุล อย่างไรก็ตามในระดับมหภาคมีการชนกันมากมายเกิดขึ้นที่พวกเขาเฉลี่ยออกไปเป็นศูนย์พลังงานที่ถ่ายโอน ลองนึกภาพว่าโมเลกุลก๊าซกำลังจะชนกำแพงจากภาชนะด้านบน เรารู้ว่าเมื่อโมเลกุลกระทบมันจะกระเด็นออกมาและมุ่งหน้าไปในทิศทางอื่นเหมือนลูกบอลเด้ง ผนังจะรู้สึกแรงเนื่องจาก กฎข้อที่สองของนิวตัน อย่างไรก็ตามในอีกด้านหนึ่งของภาชนะสิ่งเดียวกันก็เกิดขึ้น ในความเป็นจริงสิ่งเดียวกันที่เกิดขึ้นที่ด้านนอกของภาชนะเช่นกัน การชนเหล่านี้ออกแรงมาก แต่พวกเขาก็ยกเลิกกัน

ตอนนี้ให้เราใช้สิ่งนี้กับการค้าครั้งแรกของคุณ ตามที่คุณระบุความดันอากาศเกิดจากน้ำหนักของโมเลกุลอากาศด้านบน โมเลกุลของก๊าซถูกดึงดูดโดยแรงโน้มถ่วงสู่พื้นผิวโลก เมื่อโมเลกุลก๊าซถูกดึงเข้าหาพื้นผิวของโอกาสโลกมันจะชนกับโมเลกุลของก๊าซอีกก้อนหนึ่งและกระเด็นออกไปในอีกทิศทางหนึ่ง ทีนี้มาพูดกันว่าในการชนกันครั้งนี้โมเลกุลแรกจะกระทบกับโมเลกุลอันดับสอง สิ่งนี้ทำให้โมเลกุลที่สองเคลื่อนที่ลงเร็วกว่าโมเลกุลแรก สิ่งนี้จะเกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำอีกจนกระทั่งโมเลกุลกระเด้งออกมาจากพื้นผิวโลก นี่คือวิธีที่คำจำกัดความแรกของคุณได้รับ กุญแจสำคัญคือต้องจำไว้ว่านี่คือแรงดันแก๊สและจากทุกด้าน

นี่เป็นแนวคิดที่ยากที่สุดที่จะเข้าใจเพราะเมื่อมีคนได้ยินว่ามีหลายร้อยปอนด์ของอากาศเหนือพวกเขาพวกเขาจินตนาการแผ่นเหล็กหลายร้อยปอนด์บนไหล่ของพวกเขา อย่าคิดอย่างนั้น ถ้าลูกบอลเด้งตกลงมาบนหัวของคุณมันดันคุณลง อย่างไรก็ตามถ้ามันพลาดตีพื้นตีกลับขึ้นมาและกระทบคุณทั้งสองกองกำลังยกเลิกกันและกัน เคล็ดลับคือการตระหนักว่ามีการชนจำนวนมากเกิดขึ้นในระดับนาทีที่คุณไม่ได้ "รู้สึก" ความกดดันของบรรยากาศ

วัตถุที่เป็นของแข็งนั้นดีในการต่อต้านแรงจากทุกทิศทาง คุณเคยได้ยินไหมว่าคุณไม่สามารถบีบไข่ถ้าคุณบีบมันจากทุกทิศทุกทาง? แนวคิดเดียวกันนี้ใช้กับร่างกายของคุณ บรรยากาศกำลังผลักดันอย่างหนักจากทุกทิศทาง (แม้จากภายในปอดของคุณ!) แต่พวกเขาก็ยกเลิกออกไป

เพื่อเปรียบเทียบสิ่งนี้ลองนึกภาพถังเหล็กที่มีโมเลกุลของก๊าซเพียงไม่กี่ตัวในนั้นจะเกิดอะไรขึ้น?

ตอนนี้แม้สิ่งนี้จะสังเกตเห็นได้อย่างยอดเยี่ยมว่าด้านข้างของถังก็พังเช่นกัน นี่หมายความว่าโมเลกุลของอากาศถูกผลักจากด้านข้าง แต่ไม่มีอะไรที่จะผลักกลับจากด้านใน เราสามารถเห็นได้จากถังระเบิดที่ชั้นบรรยากาศกำลังอัดเราด้วยแรงพอที่จะบีบอัดถังเหล็ก อย่างไรก็ตามเนื่องจากแรงกดดันนี้เกิดขึ้นจากทุกทิศทางกองกำลังจึงถูกยกเลิกและเราไม่รู้สึกอะไรเลย

ฉันต้องการเพิ่มความเข้าใจของฉันในกรณีที่ช่วยให้ทุกคนเข้าใจเหตุผล เหตุผลที่มีแรงกดดันจากทุกด้านในสถานการณ์เหล่านี้เกิดจากคุณสมบัติของของเหลวในสมดุล ยกตัวอย่างเช่นในบรรยากาศโมเลกุลของอากาศที่ถูก "ถ่วงน้ำหนักลง" จากด้านบนจะบีบด้านข้างของคอลัมน์อากาศออกหากเป็นไปได้ แน่นอนว่าไม่ใช่เพราะคอลัมน์อากาศที่อยู่ติดกันอยู่ภายใต้แรงเดียวกันและทำให้พวกเขาไม่ได้ดีขึ้น โมเลกุลก๊าซมีพลังในทุกทิศทางหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งความดันของเหลวไม่สามารถมีอยู่ได้ในทิศทางเดียวถ้าอยู่ในสภาวะสมดุล

เหตุผลที่คุณใช้น้ำหนักของของเหลวที่อยู่เหนือคุณ (อากาศมหาสมุทร ฯลฯ ) เพื่อทราบความดันในแนวนอนที่คุณจะรู้สึกว่าเป็นเพราะคุณกำลังสมมติว่าคุณอยู่ในพื้นที่ภายใต้สภาวะสมดุลและทำให้คุณรู้จากสาเหตุข้างต้น ความดัน "แนวนอน" เท่ากับความดัน "แนวตั้ง"

สัญชาตญาณอีกอย่างที่ฉันชอบคือความคิดเกี่ยวกับลูกสูบลม กระบอกสูบที่ประกอบด้วยของไหลจะต้องมีความแข็งแรงเพื่อป้องกันการระเบิด หากคุณเปลี่ยนของเหลวด้วยแท่งโลหะและใส่แรงลูกสูบลงไปแทนผนังกระบอกสูบจะไม่รู้สึกอะไรเลย