Mjerenje pritiska
- Navesti i pretvarati jedinice pritiska: Pa, hPa, kPa, bar i mm Hg.
- Objasniti kako U-cijev manometar mjeri razliku pritisaka preko razlike nivoa tečnosti.
- Razlikovati apsolutni pritisak, nadtlak i podtlak i izračunati jedan iz drugoga.
- Prepoznati mjerenje pritiska u praksi: gume, krvni pritisak, vremenska prognoza.
1. Jedinice pritiska i šta mjerimo
Pritisak mjerimo zato što o njemu zavisi rad mnogih uređaja i sigurnost ljudi: previše nizak pritisak u gumi znači veće trenje i veću potrošnju, previsok pritisak u kotlu znači opasnost. Prije mjerenja treba znati u kojoj jedinici čitamo rezultat.
| Jedinica | Vrijednost u paskalima | Gdje se koristi |
|---|---|---|
| paskal (Pa) | 1 Pa | izvedena SI jedinica, nauka i tehnika |
| hektopaskal (hPa) | 1 hPa = 100 Pa | vremenska prognoza |
| kilopaskal (kPa) | 1 kPa = 1000 Pa | gume, kompresori |
| bar | 1 bar = 100 000 Pa = 1000 hPa | gume, hidraulika |
| milimetar žive (mm Hg) | 1 mm Hg ≈ 133,4 Pa | barometar, krvni pritisak |
Milimetar žive nije proizvoljna jedinica: to je pritisak stuba žive visine 1 mm. Provjeri: p = ρ·g·h = 13 600 kg/m³·9,81 N/kg·0,001 m ≈ 133,4 Pa. Zato 760 mm Hg ≈ 1013 hPa.
2. U-cijev manometar i barometar
Najjednostavniji mjerač pritiska je staklena cijev savijena u slovo U, napunjena vodom ili živom. Jedan krak spoji se s posudom ili izvorom koji mjerimo, a drugi je otvoren prema atmosferi. Ako je u posudi pritisak veći od atmosferskog, tečnost u spojenom kraku padne, a u otvorenom poraste.
Razlika nivoa Δh pokazuje razliku pritisaka, a ne ukupan pritisak:
Primjer: u vodenom manometru razlika nivoa je 20 cm. Tada je razlika pritisaka p − p(atm) = 1000·9,81·0,20 = 1962 Pa ≈ 19,6 hPa. U živinom manometru već 5 cm razlike daje 13 600·9,81·0,05 ≈ 6671 Pa ≈ 66,7 hPa, jer je živa gušća.
Barometar mjeri atmosferski pritisak. Živin barometar radi kao Torricellijeva cijev. Aneroidni barometar ima metalnu kutiju iz koje je izvučen zrak; kutija se savija s promjenom pritiska, a kazaljka pokazuje vrijednost. Digitalni barometar koristi senzor i prikazuje broj.
3. Apsolutni pritisak, nadtlak i podtlak
Instrumenti najčešće ne mjere ukupan — apsolutni pritisak — nego razliku prema atmosferskom. Zato razlikujemo tri pojma:
- Apsolutni pritisak p(aps): ukupan pritisak računat od nule (vakuuma). Njega mjeri barometar.
- Nadtlak: pritisak iznad atmosferskog. p(aps) = p(atm) + p(nadtlak). Tako mjerimo gume i kotlove.
- Podtlak: pritisak ispod atmosferskog. p(aps) = p(atm) − p(podtlak). Tako radi usisivač, slamka i pumpa za vodu.
Stvarni primjeri: guma automobila ima nadtlak oko 2,2 bar = 220 kPa, pa je apsolutni pritisak u njoj oko 1013 hPa + 2200 hPa ≈ 3213 hPa. Krvni pritisak se izražava u milimetrima žive: 120/80 mm Hg znači da je pritisak u arteriji 120 mm Hg iznad atmosferskog pri sistoli i 80 mm Hg pri dijastoli. Vremenska prognoza daje apsolutni pritisak, npr. 1013 hPa.
Krvni pritisak i mmHg
Pritisak krvi u medicini se mjeri u milimetrima živinog stupca (mmHg), jer je živa gusta i stub je kratak. Pritisak od 120 mmHg znači da bi stub žive visine 120 mm uravnotežio taj pritisak. Ista primjena statike fluida važi za pritisak u sudovima kao i za pritisak u tečnostima.
4. Isprobaj: U-cijev manometar
Mijenjaj razliku pritisaka od podtlaka do nadtlaka. Gledaj kako se mijenja razlika nivoa vode u U-cijevi. Crtež je šematski; vrijednosti u ispisu su izračunate po formuli.
razlika nivoa: Δh = 20,4 cm
apsolutni pritisak: p(aps) ≈ 1 013 hPa + 20,0 hPa = 1 033 hPa
Nadtlak: nivo u lijevom kraku je niži, u desnom viši.
5. Korak po korak: očitaj manometar
Zadatak: „Vodeni U-cijev manometar spojen je s posudom. Nivo vode u lijevom kraku je 12 cm niži nego u desnom. Koliki je nadtlak u posudi? Koliki je apsolutni pritisak ako je p(atm) = 1013 hPa?“
6. Riješeni primjeri
Dva tipa zadatka: očitavanje manometra i preračunavanje između apsolutnog pritiska, nadtlaka i podtlaka te jedinica. U svakom tipu su tri primjera, od lakšeg ka težem.
Tip 1: očitaj manometar
Primjer 1: vodeni manometar
U vodenom U-cijev manometru razlika nivoa je 20 cm. Koliki je nadtlak u posudi?
Primjer 2: živa u manometru
Živin manometar pokazuje razliku nivoa 5 cm. Kolika je razlika pritisaka u paskalima i hektopaskalima?
Primjer 3: guma automobila
Manometar na gumi pokazuje nadtlak 2,2 bar. Izrazi to u paskalima, kilopaskalima i hektopaskalima, pa izračunaj apsolutni pritisak u gumi. Uzmi p(atm) = 1013 hPa.
Tip 2: nadtlak, podtlak i preračunavanje
Primjer 1: nadtlak iz apsolutnog pritiska
U zatvorenoj posudi senzor pokazuje apsolutni pritisak 1045 hPa. Vani je atmosferski pritisak 1013 hPa. Koliki je nadtlak u posudi?
Primjer 2: podtlak u posudi
U posudi je apsolutni pritisak 980 hPa, a vani 1013 hPa. Koliki je podtlak u posudi? Izrazi ga u paskalima.
Primjer 3: krvni pritisak u paskalima
Krvni pritisak osobe je 120/80 mm Hg. Izrazi obje vrijednosti u paskalima i kilopaskalima. Uzmi gustinu žive 13 600 kg/m³.
- „Manometar pokazuje apsolutni pritisak.“ U-cijev manometar s otvorenim krakom pokazuje razliku prema atmosferi, dakle nadtlak ili podtlak.
- „2,2 bar u gumi je apsolutni pritisak.“ To je nadtlak. Apsolutni pritisak je veći za atmosferski: 220 kPa + 101 kPa ≈ 321 kPa.
- „1 bar = 1 Pa.“ 1 bar = 100 000 Pa, odnosno 1000 hPa. To je približno atmosferski pritisak.
- „Podtlak je negativan pritisak.“ Apsolutni pritisak ne može biti negativan. Podtlak je samo manjak prema atmosferskom pritisku, npr. 33 hPa.
✅ Kviz — provjeri sebe (4 pitanja)
1. Šta pokazuje U-cijev manometar sa otvorenim krakom?
2. Guma ima nadtlak 2 bar. Koliko je to paskala?
3. Pritisak u posudi manji je od atmosferskog. Kako zovemo tu razliku?
4. Atmosferski pritisak 1013 hPa iznosi približno:
7. Primijeni i objasni
Provjeri rješenje i obrazloženje
Δh = 25 cm = 0,25 m. Nadtlak: p = ρ·g·Δh = 1000 kg/m³·9,81 N/kg·0,25 m = 2452,5 Pa ≈ 24,5 hPa. Apsolutni pritisak: p(aps) ≈ 1013 hPa + 24,5 hPa = 1037,5 hPa.
Da je u cijevi živa, ista razlika nivoa od 25 cm dala bi 13,6 puta veći pritisak: 13 600·9,81·0,25 ≈ 33 354 Pa ≈ 333,5 hPa. Živa je gušća, pa živin manometar za isti pritisak treba mnogo manju razliku nivoa — zato se živa koristi za velike pritiske, a voda za male.
Pokušaj najprije samostalno. Ako zapneš, vrati se na simulaciju i provjeri kako se razlika nivoa mijenja kad mijenjaš razliku pritisaka.
Provjeri rješenje i obrazloženje
(a) h = 0,120 m; p = 13 600 · 9,81 · 0,120 ≈ 1,6·10⁴ Pa (oko 16 kPa). (b) h = p / (ρ(voda) · g) = 16 000 / (1000 · 9,81) ≈ 1,6 m, pa bi stub vode bio 13,6 puta viši. Zato se koristi živa. (c) Pritisak se mijenja tokom dana, zavisi od položaja tijela i stanja organizma, pa se mjeri više puta; jedno očitavanje može biti pogrešno.
Ključni sadržaji koje ovdje učiš: mjerenje pritiska, manometar i barometar, apsolutni pritisak, nadtlak i podtlak, jedinice Pa, hPa, bar i mm Hg, primjena u tehnici i medicini.
Oblast B. Mehanika — pritisak, 8. razred. Izvorna cjelina je u predmetnom kurikulumu KS na štampanoj stranici 17. Predmetni kurikulum KS, Fizika, 8. razred, štampana str. 17. Raspored oblasti na portalu je urednički. Objašnjenja, primjeri i aktivnosti su autorski.