Kraft och tryck
Kraft är en vektorstor som kan ge ett objekt acceleration. Newtons andra lag: F = m × a. SI-enhet: newton (N). En newton accelererar 1 kg med 1 m/s². Gravitationen (9,81 m/s²) ger 1 N ≈ vikten av 102 g.
Tryck definieras som kraft per areaenhet.
SI-enheten är pascal (Pa = N/m²). En pascal är mycket liten (1 N utspridd på 1 m²), varför tryck i praktiken anges i kilopascal (kPa).
Enheter och omvandlingar
| Enhet | Motsvarighet |
|---|---|
| 1 bar | 100 kPa ≈ 14,5 psi |
| 1 atm | 101,325 kPa = 760 mmHg = 1 020 cmH₂O = 30 tum Hg |
| 1 kPa | 7,5 mmHg = 10,2 cmH₂O |
| 1 mmHg | 0,133 kPa ≈ 1,36 cmH₂O |
| 1 cmH₂O | 0,098 kPa ≈ 0,74 mmHg |
Absolut tryck vs gauge-tryck
Gauge-tryck (övertryck) mäts relativt omgivande atmosfärstryck. En tom cylinder har gauge-tryck = 0. Absolut tryck mäts från absolut vakuum. Samma tomma cylinder har absolut tryck ≈ 1 bar.
Blodtryck mäts kliniskt som gauge-tryck (relativt atmosfärstryck). Centralvenöst tryck (CVP) likaså.
Partialtryck och atmosfärstryck
Partialtryck (Daltons lag): i en gasblandning är varje gas' partialtryck det tryck den skulle utöva om den ensam fyllde behållaren. Totaltryck = summan av alla partialtryck. Begreppet tension används om partialtrycket av en gas som är löst i vätska.
Atmosfärstryck skapas av tyngdkraften på atmosfärens gasmolekyler. Det är inte konstant — det sjunker med ökad höjd och stigande temperatur. Vid hög altitud faller partialtrycket av syre, vilket kan leda till hypoxi.
Hydrostatiskt tryck
där ρ = vätskans densitet, g = tyngdacceleration, h = vätskepelarhöjd. Trycket är oberoende av behållarens form (Pascals princip).
Manometrar och barometrar
Manometrar
Fluid-fyllda kolumner som är öppna mot atmosfären och därför mäter gauge-tryck. Trycket ges av P = h × ρ × g — oberoende av kolumnens tvärsnitt. Ytspänning kan ge liten mätavvikelse (6 mm vattenkolumn ≈ 0,04 kPa, kliniskt försumbart). Manometrar lämpar sig för låga tryck. Genom att använda en lågdensitetsvätska (vatten istället för kvicksilver) kan känsligare mätningar göras.
Barometrar
Barometrar är stängda mot atmosfären och mäter absolut tryck. En kvicksilverbarometer har ett Torricelli-vakuum ovanför kvicksilverkolumnen. Kolumnens höjd ger atmosfärstrycket direkt (760 mmHg vid havsnivå). Fortins barometer och Goethes apparat kan mäta sub-atmosfäriska tryck (vid lågtryck sjunker kolonnen → förutsäger dåligt väder).
Aneroidmätare (Bourdon-rör)
Aneroid = "utan vätska" (grekiska). Bourdon-rör är en lindad metalltub med elliptiskt tvärsnitt, kopplad till en kugghjulsmekanism och visare. När trycket ökar övergår tvärsnittets form till cirkulärt, röret rätar ut sig och visaren rör sig.
Aneroidmätare används för höga tryck där manometrar vore opraktiska — att mäta 137 bar med kvicksilver skulle kräva en 104 m hög kolumn (eller 1 394 m vatten).