اندازه گیری فشار با استفاده از بارومتر در صنعت مکانیک

اندازه گیری فشار با استفاده از بارومتر:
فشار اتمسفر با استفاده از تجهیزی به نام بارومتر (Barometer) اندازه گیری می شود. به همین دلیل، هنگام اندازه گیری فشار از فشار بارومتری نام برده می شود.

«اِوان جلیستا توریچلی» (Evangelista Torricelli) فیزیک دان و ریاضی دان ایتالیایی، اولین کسی بود که ثابت کرد با وارونه کردن لوله پر از جیوه درون یک ظرف محتوی جیوه، می توان فشار جو را اندازه گیری کرد. این روش به صورت شماتیک در شکل زیر نشان داده شده است.

فشار در نقطه B با فشار جو برابر است. فشار در نقطه C برابر صفر فرض می شود. زیرا در این نقطه فقط بخار جیوه وجود دارد و فشار آن در مقابل فشار جو، بسیار ناچیز است. در نتیجه از آن صرف نظر می شود. با نوشتن تعادل نیرو در جهت عمودی، رابطه ساده زیر به دست می آید.

Patm=ρ×g×h

در رابطه بالا، ρچگالی جیوه، gشتاب گرانش و h ارتفاع ستون جیوه در بالای سطح آزاد است. توجه کنید که طول و اندازه سطح مقطع لوله، هیچ تأثیری در ارتفاع ستون مایع در یک بارومتر ندارد. به شکل زیر توجه کنید.

یکی از واحدهایی که به وفور در اینجا به کار می رود، اتمسفر است که برابر با فشار ایجاد شده توسط ستون جیوه به ارتفاع760mm در دمای0∘C و شتاب گرانشg=9.807m/s2 تعریف می شود. در این دما، چگالی جیوه برابرρHg=13595kg/m3 است.

اگر به جای جیوه، از آب برای اندازه گیری فشار اتمسفر استفاده شود، ارتفاع ستون آب به10.3m خواهد رسید.

معمولاً در علوم هواشناسی، فشار برحسب ارتفاع ستون جیوه بیان می شود. فشار اتمسفر استاندارد در دمای0∘C برابر 760mmHg و معادل29.92inHg است. همچنین، هر واحدmmHg نیز به افتخار توریچلی، torr نامیده می شود. به طوری که1atm=760torr است.

فشار اتمسفر، در سطح دریاهای آزاد، 101.325kPa و در ارتفاع های1000، 2000، 5000، 10000 و 20000متر به ترتیب برابر89.88، 79.50، 54.05، 26.5و5.53 کیلو پاسکال است. فشار جو در هر نقطه، برابر با وزن ستون هوا در بالای آن نقطه است. بنابراین، فشار به عنوان تابعی از ارتفاع و شرایط هوا تغییر می کند.

کم و زیاد شدن فشار به دلیل تغییر ارتفاع، موضوعی است که در زندگی روزمره هم اثرگذار است. به عنوان مثال، پخت غذا در ارتفاعات بلندتر، زمان بیشتری را صرف می کند؛ زیرا با کم شدن فشار، دمای جوش آب هم پایین می آید.

خونریزی بینی در ارتفاعات بالا پدیده شایعی به حساب می آید. زیرا اختلاف فشار خون و فشار اتمسفر بیشتر می شود و دیواره های رگ قادر به تحمل چنین اختلاف فشاری نیستند.

در یک دمای ثابت، چگالی هوا با زیاد شدن ارتفاع، کم می شود. از این رو، در یک حجم ثابت، هوا و اکسیژن کمتری قرار خواهد گرفت.

پس عجیب نیست که انسان در ارتفاع زیاد، زودتر احساس خستگی کند و دچار مشکلات تنفسی شود. در مقابله با این پدیده، افرادی که در ارتفاع های بالا زندگی می کنند، ریه های قوی تری دارند. به طور مشابه، عملکرد موتور اتومبیلی با حجم 2 لیتر، هنگامی که تا ارتفاع 1500 متری بالا برود، به اندازه موتوری با حجم 1/7 لیتر خواهد بود.

زیرا فشار 15٪ کاهش یافته و در نتیجه، چگالی هوا هم 15٪ کمتر شده است. کمتر شدن چگالی و کاهش فشار، روی نیروهای لیفت و درگ هم تأثیرگذار است. در ارتفاع بالا، هواپیماها برای تأمین لیفت مورد نیاز، باید مسافت بیشتری را طی کنند و با صعودشان به ارتفاع بسیار زیاد، قادر به کم کردن درگ خواهند بود.