לחץ

כוח F שמופעל בניצב למשטח ששטחו A יוצר לחץ P השווה ל-F/A

לחץ בפיזיקה הוא סקלר המייצג יחס בין כוח לבין יחידת שטח עליה הוא מופעל במאונך.

לחץ יכול להיות מוגדר גם בתוך חומר, כאשר אין משטח ממשי שעליו פועל כוח. בנוזלים ובגזים, לחץ הוא הכוח שיוצרת התנגשות של מספר רב של מולקולות החומר על דפנות הכלי שבו הוא מוכל. הלחץ במקרה זה מוגדר ככוח החיצוני שפועל על פאה של קובייה קטנה בתוך החומר, חלקי שטח הפאה.

מדידת לחץ אטמוספירי מאפשרת חיזוי מזג אוויר ומציאת גובה מעל פני הים. חישובי לחץ משמשים בכל תחומי ההנדסה (למשל בהנדסת בניין, הנדסת מכונות והנדסת רכב), ובמדע בתחומים רבים.

הקשר בין לחץ וכוח

כוח אחיד $\ F$ הפועל במאונך למשטח בעל שטח $\ A$ יוצר לחץ השווה לכוח חלקי השטח:

$\ P={\frac {F}{A}}$

ככל שהכוח גדול יותר או שהשטח עליו הוא פועל קטן יותר, הלחץ גדל. למשל: אם ננסה לשכב על מסמר נרגיש כאב חד, והמסמר אף עלול לפצוע. לעומת זאת, אם נשכב על מיטת מסמרים עם מספר רב של מסמרים, שטח המגע בין המסמרים לגופנו יגדל. כתוצאה מכך, הכח הנקודתי הדרוש לכל מסמר להנעץ לאותו עומק כמו במקרה הקודם גם יגדל. אך הכוח הכולל המופעל (המשקל שלנו) לא ישתנה. במלים אחרות, הלחץ על העור יקטן.

יחידות

במערכת היחידות הבינלאומית נמדד הלחץ בפסקל שמוגדר כלחץ שמפעיל כוח של ניוטון אחד על משטח בעל שטח של מטר רבוע אחד.

יחידות נפוצות אחרות:

• PSI – Pound per Square Inch – כוח של ליברה אחת לשטח של אינץ' רבוע.
• inHg – אינץ' כספית – הלחץ שיצור עמוד כספית בגובה אינץ' אחד בתחתיתו.
• mmHg – מילימטר כספית – הלחץ שיצור עמוד כספית בגובה מילימטר אחד בתחתיתו. יחידה זו מכונה גם טור.
• אטמוספירה – אטמוספירה אחת היא בקירוב הלחץ הממוצע שמפעילה אטמוספירת כדור הארץ בגובה פני הים, והיא שווה ל-101,325 פסקל לערך או 760 מ"מ כספית.

טבלת המרות בין יחידות נפוצות

	פסקל	בר	N/mm2	kg/m2 *	kg/cm2 *	אטמוספירה	מילימטר כספית
1 פסקל	1	10-5	10-6	0.102	0.102×10-4	0.987×10-5	0.0075
1 בר	100,000	1	0.1	10,200	1.02	0.987	750
1 N/mm2	106	10	1	1.02×105	10.2	9.87	7,500
1 kg/m2	9.81	9.81×10-5	9.81×10-6	1	10-4	0.968×10-4	0.0736
1 kg/cm2	98,100	0.981	0.0981	10,000	1	0.968	736
1 אטמוספירה	101,325	1.013	0.1013	10,330	1.033	1	760
מילימטר כספית (torr)	133	0.00133	1.33×10-4	13.6	0.00136	0.00132	1

* kg בטבלה הוא ק"ג כוח, כלומר המשקל של מסה של ק"ג אחד על פני כדור הארץ.

מדידת לחץ

לחץ נמדד באמצעות מכשיר הנקרא ברומטר.

ברומטר פשוט בנוי מצינור בצורת האות U כאשר בקצהו האחד מצוי לחץ ידוע, בתחתיתו זורם כלשהו, וקצהו השני משמש למדידת לחץ. ניתן לחשב את הלחץ על ידי מדידת הפרש הגבהים בין שני קצוות הזורם ובעזרת הנוסחה למציאת לחץ סטטי בקירוב של שדה כבידה אחיד:

$P=\rho gh\,$

כאשר: $\ \rho$ היא צפיפות הנוזל, g הוא תאוצת הכובד, ו-h הוא גובה עמוד הנוזל.

לחץ בנוזלים ובגזים

לחץ הנוצר על ידי התנגשויות של חלקיקים בדפנות המיכל. החלקיקים הן הנקודות השחורות. כדאי לנסות לדמין שמדובר בכל החלקיקים במיכל בנקודת זמן מסוימת. העקבות השחורים הם מסלולים של חלקיקים שרחוקים מהדפנות. חלקיקים כאלו לא יתרמו ללחץ על הדפנות בזמן שהוקפא בתמונה. העקבות האדומים הם של חלקיקים שהתנגשו בדופן, והחלקיק הוחזר למיכל. עוד כדאי לדמין ששקלול וקטורי הכח של החלקיקים שכן התנגשו מיצר כח שמאונך לדופן, כי מרכיבי כח, של חלקיקים שונים, שאינם מאונכים מבטלים זה את זה.

נוזלים וגזים (המכונים יחד זורמים) מורכבים ממספר רב של מולקולות אשר נעות באופן אקראי לכל הכוונים. בכל זמן נתון מספר רב של מולקולות מתנגשות זו בזו או במשטח, והכוח אשר הן מפעילות בהתנגשות זו יוצר לחץ אחיד בקירוב טוב. במיוחד כשמדובר בגזים הלחץ תלוי בתכונות החומר: ככל שיש יותר חלקיקים (יותר גז במיכל) הלחץ עולה, וככל שמהירות החלקיקים של הגז גדלה (ואיתה גם הטמפרטורה), הלחץ יעלה גם כן.

לחץ סטגנציה (עצירה) הוא הלחץ שיוצר זרם הנתון במהירות מסוימת ונעצר. בכלי טיס משתמשים בצינור פיטו על מנת למדוד את הלחץ מסביב למטוס, ואת לחץ הסטגנציה ובאמצעותם לחשב את מהירות הטיסה ביחס לאוויר.

יישומים

• עומד הידראולי

לחץ בתרמודינמיקה

בתרמודינמיקה מקובל לדבר על הלחץ הממוצע שמפעילה המערכת על פאותיה. לרוב, המערכת תהיה גז הנתון במכל. לחץ זה נתון על ידי

$\ P=-\left({\frac {\partial U}{\partial V}}\right)_{S}$

כאשר

• P זה הלחץ הממוצע שמפעילה מערכת על פאותיה. בתהליך הפיך הוא שווה ללחץ החיצוני המופעל על המערכת.
• U זוהי האנרגיה הפנימית של המערכת.
• V הוא נפח המערכת
• S היא האנטרופיה שנשארת קבועה בגזירה חלקית זו.

אם התהליכים הפיכים, במערכת בעלת מספר חלקיקים קבוע, כמות העבודה האינפיניטסימלית שנעשתה עליה שווה ל

$\ dW=-PdV$

לחץ אטמוספירי

ערך מורחב – לחץ אטמוספירי

לחץ אטמוספירי הוא הכוח שמפעיל משקל האוויר ליחידת שטח עליו פועל הכח. לחץ זה תלוי ברום הנקודה ובתנאים המטאורולוגיים. לחץ האוויר מופעל כאשר מולקולות האוויר מתנגשות בשטח עליו מופעל הלחץ. ככל שהמולקולות צפופות יותר הלחץ גדל, וכמובן ככל שמהירותן (שתלויה בטמפרטורה) גדלה.

בתנאים סטנדרטיים, שנקבעו לגובה פני הים, מוגדר לחץ האוויר כאטמוספירה אחת.

תת-לחץ

תת לחץ או לחץ שלילי מתאר מצב בו הלחץ הנמדד מוצג כערך שלילי. תת-לחץ בדרך כלל נובע כתוצאה מכך שהלחץ הנמדד נמוך מלחץ ייחוס כלשהו ומוצג יחסית אליו. תת-לחץ בצמיג למשל הוא לחץ הנמוך מהלחץ הרצוי לצמיג. תת-לחץ של 80 קילו פסקל יכול להופיע במד לחץ סטנדרטי כלחץ שלילי של 21 קילו פסקל ביחס ללחץ אטמוספירי (101 קילו פסקל).

ראו גם

• חוק פסקל
• תרמודינמיקה
• לחץ אטמוספירי
• לחץ דם
• לחץ חלקי
• מנומטר