ความดัน

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
(เปลี่ยนทางจาก แรงดัน)
บทความนี้เกี่ยวกับฟิสิกส์ สำหรับการแพทย์ ดูที่ ความดันโลหิต
ความดัน คือ แรงที่กระทำตั้งฉากต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่
ภาพจำลอง–ความดันที่เกิดขึ้นจากการชนของอนุภาคในภาชนะปิด
ความดันที่ระดับต่าง ๆ (หน่วยเป็น บาร์)

ความดัน (อังกฤษ: pressure; สัญลักษณ์คือ p) เป็นปริมาณชนิดหนึ่งในทางฟิสิกส์ หมายถึง อัตราส่วนระหว่างแรงที่กระทำตั้งฉากซึ่งทำโดยของแข็ง ของเหลว หรือแก๊ส ต่อพื้นที่ของสารใด ๆ (ของแข็ง ของเหลว หรือแก๊ส) ความดันเป็นปริมาณสเกลาร์ ซึ่งเป็นปริมาณที่มีแต่ขนาดไม่มีทิศทาง จากความหมายของความดันข้างต้นสามารถเขียนเป็นสูตรคณิตศาสตร์ (โดยทั่วไป) ได้ดังนี้

หรือ

กำหนดให้

P คือ ความดัน (Pressure)
F คือ แรงที่กระทำตั้งฉากกับพื้นผิวนั้น ๆ (Normal Force)
A คือ พื้นที่ (Area) — หรืออาจใช้ S (Surface; พื้นผิว)

เนื่องจาก F มีหน่วยเป็น "นิวตัน" (N) และ A มีหน่วยเป็น "ตารางเมตร" (m2) ความดันจึงมีหน่วยเป็น "นิวตันต่อตารางเมตร" (N/m2; เขียนในรูปหน่วยฐานว่า kg·m−1·s−2) ในปี ค.ศ. 1971 (พ.ศ. 2514) มีการคิดค้นหน่วยของความดันขึ้นใหม่[1] เรียกว่า ปาสกาล (pascal, Pa) และกำหนดให้หน่วยชนิดนี้เป็นหน่วยเอสไอสำหรับความดัน โดยให้ 1 ปาสกาลมีค่าเท่ากับ 1 นิวตันต่อตารางเมตร (หรือ แรง 1 นิวตัน กระทำตั้งฉากกับพื้นที่ขนาด 1 ตารางเมตร) เพื่อให้เห็นภาพ ความดัน 1 ปาสกาลจะมีค่าประมาณ แรงกดของธนบัตรหนึ่งดอลลาร์ที่วางอยู่เฉย ๆ บนโต๊ะราบ ซึ่งนับว่าเป็นขนาดที่เล็กมาก ดังนั้นในชีวิตประจำวัน ความดันทั้งหลายมักมีค่าตั้งแต่ "กิโลปาสกาล" (kPa) ขึ้นไป โดยที่ 1 kPa = 1000 Pa

หน่วยของความดันนอกจากปาสคาลแล้ว ยังมีหน่วยชนิดอื่น ๆ เช่น บาร์, บรรยากาศ (atm), เอที, ทอร์, ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) เป็นต้น ขึ้นอยู่กับการใช้ในแต่ละสถานการณ์ ค่าเปรียบเทียบของหน่วยแต่ละชนิดแสดงในตาราง

ความดันในของไหล (atmospheric pressure)[แก้]

เมื่อของไหล (ไความดันบรรยากาศ (atmospheric pressure)

ความดันบรรยากาศคือความดันของบรรยากาศของโลก หรือคือความดันของอากาศในชั้นบรรยากาศต่ำสุดซึ่งเป็นชั้นที่มนุษย์อาศัยอยู่ ความดันนี้จะแปรเปลี่ยนไปตามสภาพอากาศและความสูงจากพื้นดิน ที่ระดับน้ำทะเล ความดันบรรยากาศจะมีค่า (โดยเฉลี่ย) เป็น 101,325 Pa เราเรียกว่า 1 atmosphere (atm) เขียนแทนด้วย นั่นคือ

ข้อสังเกต: “ความดัน” กับ “แรง” แตกต่างกัน ความดันของของไหลกระทำในทิศตั้งฉากกับพื้นผิวใด ๆ เสมอ ไม่ว่าพื้นผิวนั้นจะวางอยู่ในของไหลนั้นอย่างไร ดังนั้นความดันเป็นปริมาณสเกลล่าร์ ในทางตรงกันข้าม แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ ในการบอกแรงต้องบอกทั้งขนาดและทิศทางของมัน จำไว้ว่าความดันคือแรงตั้งฉากต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ม่ว่าจะเป็นก๊าซหรือของเหลว) อยู่นิ่ง มันจะออกแรงกระทำในแนวตั้งฉาก กับพื้นผิวที่มันสัมผัสอยู่ เช่นผนังของภาชนะ หรือผิวของวัตถุที่จมอยู่ในของไหลนั้น นี่คือแรงที่เรารู้สึกว่า มันกดอยู่บนขาของเราในขณะที่เราแกว่งขาอยู่ในน้ำ ถึงแม้ว่า ในขณะที่ของไหลอยู่นิ่งกับที่ โมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็นของไหลนั้น กำลังเคลื่อนที่อยู่ แรงที่ของไหลกระทำนี้ เกิดจากการที่โมเลกุล เคลื่อนที่ชนกันและชนกับสิ่งที่แวดล้อมที่พวกมันอยู่

หน่วยที่ใช้วัดความดัน
    
ปาสกาล
(Pa)
บาร์
(bar)
บรรยากาศเทคนิค
(at)
บรรยากาศมาตรฐาน
(atm)
ทอร์
(Torr)
ปอนด์ต่อตารางนิ้ว
(psi)
≡ 1 N/m2 ≡ 106 dyn/cm2 ≡ 1 kp/cm2 p0 ≡ 1 mmHg ≡ 1 lbF/in2
1 Pa = 1 = 10−5 ≈ 1.0197×10−5 ≈ 9.8692×10−6 ≈ 7.5006×10−3 ≈ 1.450377×10−4
1 bar = 105 = 1 ≈ 1.0197 ≈ 0.98692 ≈ 750.06 ≈ 14.50377
1 at = 0.980665 ×105 = 0.980665 = 1 ≈ 0.9678411 ≈ 735.5592 ≈ 14.22334
1 atm = 1.01325 ×105 = 1.01325 ≈ 1.0332 = 1 ≡ 760 ≈ 14.69595
1 Torr ≈ 133.3224 ≈ 1.333224×10−3 ≈ 1.359551×10−3 ≈ 1.315789×10−3 = 1 ≈ 1.933678×10−2
1 psi ≈ 6.8948×103 ≈ 6.8948×10−2 ≈ 7.03069×10−2 ≈ 6.8046×10−2 ≈ 51.71493 = 1

ชนิดของความดัน[แก้]

ความดันมีหลายชนิด ตัวอย่างเช่น

คุณสมบัติของความดันในของเหลว[แก้]

1.  ของเหลวที่บรรจุอยู่ในภาชนะ  จะออกแรงดันต่อผนังภาชนะที่สัมผัสกับของเหลวในทุกทิศทาง  โดยจะตั้งฉากกับผนังภาชนะเสมอ

2.  ทุก ๆ จุดในของเหลว  จะมีแรงดันกระทำต่อจุดนั้นทุกทิศทุกทาง

3.  สำหรับของเหลวชนิดเดียวกันความดันของของเหลวจะเพิ่มขึ้นตามความลึก  และที่ระดับความลึกเท่ากันความดันของเหลวจะเท่ากัน

4.  ในของเหลวต่างชนิดกัน  ณ  ความลึกเท่ากัน  ความดันของของเหลวจะขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของของเหลวนั้น

ประโยชน์ของความดันอากาศ[แก้]

1.  การดูดน้ำออกจากขวดโดยใช้หลอดดูด

 2.  การดูดของเหลวเข้าหลอดหยดหรือเข็มฉีดย

 3.  การเจาะกระป๋องนมต้องเจาะ 2 รู เพื่อให้อากาศในกระป๋องนมมีความดันอากาศเท่ากับความดัน

      ภายนอกกระป๋องนมทำให้สามารถเทนมออกจากกระป๋องนมได้

 4.  การถ่ายของเหลวโดยสายยางจากภาชนะหนึ่งไปยังอีกภาชนะหนึ่งที่อยู่ต่างระดับกัน เรียกว่า กาลักน้ำ

 5.  การใช้แป้นยางดูดติดกับกระจกเพื่อยึดสิ่งของให้ติดกับกระจก เนื่องจากความดันอากาศภายนอก

      ความดันอากาศภายในแป้นยาง จึงกดหัวแป้นยางให้ดูดติดกับกระจก

ปัจจัยที่มีผลต่อความดันของของเหลว[แก้]

1.  ความลึกของของเหลว

–  ของเหลวไม่ว่าจะอยู่ในภาชนะรูปร่างใดก็ตาม ถ้าที่ระดับความลึกเดียวกัน ความดันของของเหลวจะเท่ากัน

–  แต่ถ้าระดับความลึกต่างกัน ของเหลวที่อยู่ระดับลึกกว่า จะมีความดันมากกว่า

2.  ความหนาแน่นของของเหลว

ของเหลวต่างชนิดกันจะมีความดันต่างกัน โดยของเหลวที่มีความหนาแน่นมาก จะมีความดันสูงกว่าของเหลวที่มีความหนาแน่นน้อย

แรงที่ของเหลวกระทำต่อผนังภาชนะ[แก้]

ในภาชนะที่บรรจุของเหลวจะมีแรงจากของเหลว มากระทำให้ทิศตั้งฉากกับพื้นที่ผิวภาชนะที่ของเหลวสัมผัส ขนาดของแรงที่ของเหลวกระทำ หาได้จาก ผลคูณระหว่างความดันในของเหลวกับพื้นที่ที่ของเหลวสามผัส แต่เนื่องจากบางกรณีความดันไม่คงที่ อาจเนื่องมาจากความลึกไม่สม่ำเสมอ

อ้างอิง[แก้]

บรรณานุกรม[แก้]

  • ประมวล ศิริผันแก้ว, และคณะ (2541). พจนานุกรมวิทยาศาสตร์ ฉบับภาพประกอบ. สำนักพิมพ์ บริษัทโปรดัคทีฟ บุ๊ค จำกัด, หน้า 24. ISBN 974-8461-35-1