Bosim nima

Bosim
Bosim
	p, P
O‘lchamlik	L−1MT−2
O‘lchov birliklari
SI	Pa
SGS	din·sm-2
Izohlar
	skalyar intensiv kattalik

Bosim — skalyar intensiv fizik kattalik, u uzluksiz muhitning ish bajarish qobiliyatini uning hajmi o‘zgarganda tavsiflaydi.

U kuch sifatida namoyon bo‘ladi: bu kuch sirtga perpendikulyar yo‘nalishda ta’sir qiladi va sirtning birlik yuzasiga to‘g‘ri keladi. Bunday sirt muhitlar orasidagi haqiqiy chegara yoki muhit hajmi ichidagi xayoliy kesim bo‘lishi mumkin.

Bosim kuchlanish tenzorining diagonal tarkibiy qismidir. Eng oddiy holatda (izotrop muvozanatdagi harakatsiz muhitda) bosim o‘zi ta’sir qilayotgan sirtning yo‘nalishiga bog‘liq emas.

Ta’rif

Umumiy holda sirtning muayyan nuqtasidagi bosim normal kuchning kichik sirt elementi yuzasiga nisbati bilan aniqlanadi. Normal kuch $d F_{n}$ , sirt elementining yuzasi $d S$ :

p = \frac{d F_{n}}{d S} .

Butun sirt bo‘ylab o‘rtacha bosim normal kuchning shu sirt yuzasiga nisbati bilan aniqlanadi. Normal kuch $F_{n}$ , sirt yuzasi $S$ :

p_{c p} = \frac{F_{n}}{S} .

Bosim skalyar kattalik bo‘lib, o‘z yo‘nalishiga ega emas. Bosim kuchi muhitlar chegarasida yuzaga kelganda muayyan yo‘nalishga (sirtga perpendikulyar) ega bo‘ladi, ammo muhit holatini tavsiflovchi bosimning o‘zi yo‘nalishga ega emas.

Tinch holatdagi gazda yoki suyuqlikda (muvozanat sharoitida) har bir nuqtadagi bosim barcha yo‘nalishlarda bir xil bo‘ladi (Paskal qonuni).

Belgilanishi

Bosimning standart belgisi — $p$ . IUPAC kichik $p$ harfidan foydalanishni tavsiya etadi, biroq texnik adabiyotlarda va masalalar yechishda bosh $P$ harfi ham tez-tez ishlatiladi (uni impulsdan yoki quvvatdan farqlash uchun). Belgining tanlanishi tegishli sohadagi kontekst va shakllangan an’analarga bog‘liq. Osmotik bosim odatda yunon alifbosidagi quyidagi harf bilan belgilanadi: $π$ .

Termodinamik ta’rif

Termodinamikada bosim hajm bilan bog‘liq intensiv parametrdir. U tizimning ichki energiyasi $U$ ning hajm $V$ bo‘yicha hosilasining manfiy qiymati bilan aniqlanadi, bunda o‘zgarmas entropiya $S$ va o‘zgarmas zarralar soni $N$ :

$p = - {(\frac{\partial U}{\partial V})}_{S, N}$ .

Bu ta’rifga ko‘ra, bosim tizimning kengayish yoki siqilishga qarshilik ko‘rsatish paytida bajaradigan ishi miqdorini tavsiflaydi.

Bosim va energiyaning hajmiy zichligi bir xil o‘lchamlikka ega bo‘lsa-da, bosim tizimda to‘plangan energiya miqdori emas, balki holatning intensiv parametridir. Ish (demak, energiyaning o‘zgarishi ham) faqat bosim ta’sirida tizim hajmi o‘zgargandagina yuz beradi.

Relyativistik jihat

Umumiy nisbiylik nazariyasida bosim energiya-impuls tenzoriga hissa qo‘shadi va shu sababli gravitatsion maydonning massa bilan bir qatorda manbalaridan biri hisoblanadi. Odatdagi sharoitda bu hissa juda kichik bo‘lsa-da, neytron yulduzlar ichida bosim energiya zichligi bilan taqqoslanadigan darajaga yetadi va gravitatsion tortishishni sezilarli kuchaytirib, tizimning kollapsga qarshi barqarorligini pasaytiradi.

O‘lchov birliklari

Xalqaro birliklar tizimida (SI) bosim paskallarda o‘lchanadi (ruscha belgilanishi: Pa; xalqaro belgilanishi: Pa). Bir paskal bosim bir nyuton kuchning normal yo‘nalishda bir tekis ta’sir etishi natijasida hosil bo‘ladi; bunda sirt yuzasi bir kvadrat metr:

$1 Па = 1 Н / м^{2} = 1 кг \cdot м^{- 1} \cdot с^{- 2}$ .

Paskal bilan bir qatorda Rossiya Federatsiyasida quyidagi tizimdan tashqari bosim birliklaridan foydalanishga ham ruxsat berilgan:

bar;
kilogramm-kuch — kvadrat santimetrga nisbatan;
millimetr suv ustuni;
metr suv ustuni;
texnik atmosfera;
millimetr simob ustuni.

Bu birliklarning nomlari va belgilari bilan SI tizimining ulushli yoki karrali old qo‘shimchalari ishlatilmaydi. Mazkur birliklarga ruxsat berishning avval belgilangan amal qilish muddati cheklovi 2015-yil avgustida bekor qilingan.

Bundan tashqari, amaliyotda torr, fizik atmosfera, psi (kvadrat dyuymga funt-kuch) va inHg (dyuym simob ustuni) birliklari ham ishlatiladi.

*Bosim birliklari*
	Paskal (Pa, Pa)	Bar (bar, bar)	Texnik atmosfera (at, at)	Fizik atmosfera (atm, atm)	Millimetr simob ustuni (mm sim. ust., mm Hg, Torr, torr)	Millimetr suv ustuni (mm suv ust., mm H₂O)	Kvadrat dyuymga funt-kuch (psi)
1 Pa	1	10⁻⁵	1,01972⋅10⁻⁵	9,8692⋅10⁻⁶	7,5006⋅10⁻³	0,101972	1,4504⋅10⁻⁴
1 bar	10⁵	1	1,01972	0,98692	750,06	10197,2	14,504
1 at	98066,5	0,980665	1	0,96784	735,56	10⁴	14,223
1 atm	101325	1,01325	1,03323	1	760	10332,3	14,696
1 mm sim. ust.	133,322	1,3332⋅10⁻³	1,3595⋅10⁻³	1,3158⋅10⁻³	1	13,595	0,019337
1 mm suv ust.	9,80665	9,80665⋅10⁻⁵	10^-4	9,6784⋅10^-5	0,073556	1	1,4223⋅10^-3
1 psi	6894,76	0,068948	0,070307	0,068046	51,715	703,07	1

Bosimni o‘lchash asboblari

Bosimni o‘lchash gaz va suyuqliklarda quyidagi asboblar yordamida bajariladi: manometrlar, differensial manometrlar, vakuummetrlar, bosim datchiklari;
atmosfera bosimi esa barometrlar;
arterial bosim esa sfigmomanometrlar.

Oquvchan muhitlarda bosim

Gidrostatik bosim

Og‘irlik kuchi tufayli tinch holatdagi suyuqlikda yuzaga keladigan bosim gidrostatik bosim deyiladi. U chuqurlik ortishi bilan chiziqli ravishda oshadi. Bir jinsli zichlikka ega siqilmaydigan suyuqlik uchun formula:

$p = p_{0} + ρ g h$ ,

bu yerda:

$p_{0}$ — suyuqlik sirtiga ta’sir etuvchi tashqi bosim (odatda atmosfera bosimi),
$ρ$ — suyuqlik zichligi,
$g$ — erkin tushish tezlanishi,
$h$ — chuqurlik.

Suyuqlik bosimining xossalari

Chuqurlikka bog‘liqligi: Bosim idish shakli yoki suyuqlikning umumiy hajmiga emas, faqat vertikal chuqurlikka bog‘liq. Bu hodisa quyidagicha ataladi: gidrostatik paradoks.
Tutash idishlar qonuni: Tutash idishlarda bir jinsli suyuqlik sathi bir xil balandlikda o‘rnashadi, chunki idishlarning tubidagi bosim tenglashishi kerak.
Izotroplik: Bir xil chuqurlikda bosim barcha yo‘nalishda (yuqoriga, pastga va yon tomonlarga) bir xil ta’sir qiladi.

Gaz bosimi

Suyuqliklardan farqli ravishda, gazlar siqiladi va ularning zichligi bosimga bog‘liq. Balandlikdagi kichik farqlarda (masalan, xona ichida) gaz ustunining bosimini e’tiborga olmaslik mumkin. Atmosfera miqyosida bosimning balandlik oshgani sari kamayishini barometrik formula ifodalaydi.

Mikroskopik nuqtayi nazardan gaz bosimi molekulalarning idish devorlariga urilishi tufayli vujudga keladi. Ideal gaz (zarralari o‘zaro juda kam ta’sirlashadigan tizim) uchun devorga tushadigan bosim impuls proyeksiyasining integrali orqali topilishi mumkin:

$p = \int_{p_{z} > 0} 2 p_{z} d j_{z}$ ,

bu yerda $p_{z}$ — zarra impulsining devorga perpendikulyar o‘qqa proyeksiyasi, $j_{z}$ — esa zarralar oqimi zichligi vektorining proyeksiyasidir.

Molekulalar tezligi uchun Maksvell taqsimotidan qo‘llanilganda bu integral quyidagi ifodaga olib keladi — ideal gaz holat tenglamasi:

$p = n k T$ ,

bu yerda:

Haqiqiy gazlar uchun murakkabroq tenglamalar (Van-der-Vaals va boshqalar) qo‘llaniladi.

Parsial bosim va bug‘ bosimi

Parsial bosim — gaz aralashmasining bitta tarkibiy qismi butun hajmni yakka o‘zi egallaganida hosil qiladigan bosimidir. Dalton qonuniga ko‘ra, aralashmaning umumiy bosimi uning tarkibiy qismlari parsial bosimlarining yig‘indisiga teng.
To‘yingan bug‘ bosimi — suyuqlik yoki qattiq jism bilan muvozanatda turgan bug‘ bosimidir. Qaynash suyuqlikning to‘yingan bug‘ bosimi tashqi bosimga tenglashganda boshlanadi.

Oqimdagi suyuqlik bosimi

Harakatlanayotgan suyuqlikdagi to‘liq bosim ( $p_{0}$ ) statik va dinamik bosimlardan tashkil topadi. U suyuqlik izoentropik tarzda nol tezlikkacha sekinlashtirilganda hosil bo‘ladigan bosimni ifodalaydi. Gorizontal quvurda harakatlanayotgan ideal, siqilmaydigan suyuqlik uchun Bernulli qonuni amal qiladi:

$p_{0} = p + \frac{ρ v^{2}}{2}$ .

Statik bosim ( $p$ ): oqim bilan birga harakatlanayotgan o‘lchagich ko‘rsatadigan bosim.
Dinamik bosim ( $\frac{ρ v^{2}}{2}$ ): suyuqlikning birlik hajmiga to‘g‘ri keladigan kinetik energiya.

Mutlaq va ortiqcha bosim

Hisoblash uchun tanlangan boshlang‘ich nuqtaga qarab, fan va texnikada bosimni ifodalashning quyidagi usullarini farqlash muhim:

Mutlaq bosim ( $p_{a b s}$ ) — mutlaq vakuumga nisbatan hisoblanadigan bosim. Termodinamik formulalarda doimo mutlaq bosim ishlatiladi.
Ortiqcha (manometrik) bosim ( $p_{g}$ ) — berilgan mutlaq bosim bilan quyidagi bosim o‘rtasidagi farqdir: atmosfera bosimi ( $p_{a t m}$ ).

$p_{g} = p_{a b s} - p_{a t m}$ .

Masalan, avtomobil shinalaridagi bosim odatda ortiqcha bosim sifatida ko‘rsatiladi (masalan, 2,2 atm). Bunda shinadagi mutlaq bosim 3,2 atm bo‘ladi (2,2 atm ortiqcha va 1 atm atmosfera bosimi).

Ta’kidlash kerakki, bular turli fizik hodisalar emas, balki bosim qiymatini ifodalash usullari hisoblanadi.

Manfiy bosim

Muvozanat holatidagi gaz bosimi doimo musbat bo‘lsa-da, ayrim maxsus sharoitlarda «manfiy bosim» atamasi ma’noga ega:

Vakuummetrik bosim (manfiy ortiqcha bosim): texnikada atmosfera bosimi bilan undan kichik bo‘lgan mahalliy mutlaq bosim orasidagi farq shunday ataladi.
Cho‘zilish kuchlanishi (manfiy mutlaq bosim): suyuqliklar va qattiq jismlar molekulalararo tortishish kuchlari tufayli cho‘zuvchi kuchlarga bardosh bera oladi. Biroq bunday moddalar metastabil holatda bo‘ladi va ayniqsa kavitatsiyaga moyil hisoblanadi. Kavitatsiya markazlari (gaz pufakchalari) bo‘lmaganda moddadagi manfiy bosim cheklanmagan vaqt davomida saqlanishi mumkin. Tajribalarda toza simobda sezilarli manfiy bosimga (-425 atmosferagacha) erishilgan. Manfiy bosim baland daraxtlarda suvning yuqoriga ko‘tarilishida ksilema orqali (ayniqsa, 10 m dan baland joylarda) muhim rol o‘ynaydi, deb hisoblanadi.
Kazimir effekti: kvant maydon nazariyasida vakuumdagi elektr zaryadiga ega bo‘lmagan ikkita o‘tkazuvchi plastina orasida tortishish kuchi yuzaga keladi. Bu kuch vakuumning manfiy bosimi sifatida talqin qilinadi.
Kosmologiya: Qorong‘i energiya Koinotning tezlashib kengayishiga sababchi bo‘ladi va manfiy bosim xususiyatiga ega.

Namoyon bo‘lishi va qo‘llanilishiga misollar

Kesuvchi asboblar: Pichoq yoki ignaning samaradorligi kuchning kichik yuzada jamlanishi bilan izohlanadi. Bir xil bosish kuchida igna uchi ostidagi bosim minglab marta kattalashadi, bu esa materialni oson yemirish imkonini beradi.
Portlash bosimi: Portlovchi moddalar detonatsiyaga uchraganda yoki gaz-havo aralashmalari deflagratsiyaga uchraganda, old frontida bosim keskin sakraydigan zarba to‘lqini hosil bo‘ladi; u bino va inshootlarni vayron qilishi mumkin.

Videodars: bosim