8.8-Pressure

8.8-Pressure Important Formulae

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8.8 - Pressure
  • Pressure is the force applied per unit area.
  • Formula for pressure: $P = \frac{F}{A}$, where $P$ is pressure, $F$ is force, and $A$ is the area.
  • Unit of pressure: Pascal (Pa), where $1 \, \text{Pa} = 1 \, \text{N/m}^2$.
  • Pressure increases when the force is constant but the area decreases.
  • Example: High heels exert more pressure than flat shoes due to smaller area.
  • Atmospheric pressure is the force exerted by the air on Earth's surface.
  • Pressure can be measured using a barometer or manometer.

8.8 - Pressure

Pressure is defined as the force applied per unit area. It is a scalar quantity and is commonly measured in pascals (Pa). The concept of pressure helps us understand how force is distributed over a surface. For example, a sharp object like a nail applies more pressure on a surface than a blunt object of the same weight, as the force is concentrated on a smaller area.

Formula for Pressure:

The formula for pressure is given by:

Pressure (P) = $\dfrac{Force (F)}{Area (A)}$

Where:

  • P is the pressure applied,
  • F is the force applied,
  • A is the area over which the force is applied.

Pressure is measured in pascals (Pa), where 1 Pa = 1 N/m². This means that one pascal is the pressure exerted by a force of 1 newton on an area of 1 square meter.

Units of Pressure:

  • Pascals (Pa): The SI unit of pressure. 1 Pa = 1 N/m² (newton per square meter).
  • Atmospheres (atm): Often used in atmospheric pressure measurements. 1 atm = 101325 Pa.
  • Millimeters of Mercury (mmHg): A unit used in measuring blood pressure and atmospheric pressure. 1 mmHg = 133.322 Pa.

Types of Pressure:

  • Atmospheric Pressure: The pressure exerted by the weight of the air above us. It is approximately 101325 Pa at sea level and decreases with altitude.
  • Hydrostatic Pressure: The pressure exerted by a fluid at rest due to the force of gravity. It depends on the height of the fluid column and its density. The formula for hydrostatic pressure is:

Hydrostatic Pressure (P) = $\rho g h$

Where:

  • $\rho$ is the density of the fluid,
  • g is the acceleration due to gravity,
  • h is the height of the fluid column.

Effect of Pressure:

Pressure affects various phenomena, such as:

  • Behavior of Liquids: Fluids exert pressure in all directions, which is why water in a container applies pressure on the sides and the bottom. This pressure increases with depth.
  • Weather Patterns: Differences in atmospheric pressure create wind and weather systems. High-pressure areas lead to clear skies, while low-pressure areas are associated with clouds and storms.
  • Compressibility of Gases: The volume of a gas decreases as pressure increases, according to Boyle's Law. The relationship between pressure and volume of a gas is given by:

Boyle’s Law: $P_1 V_1 = P_2 V_2$

Where:

  • $P_1$ and $V_1$ are the initial pressure and volume,
  • $P_2$ and $V_2$ are the final pressure and volume.

Factors Affecting Pressure:

  • Force: The greater the force applied to a surface, the higher the pressure. For example, a heavier object exerts more pressure than a lighter one.
  • Area: The pressure is inversely proportional to the area. That is, the larger the area over which a force is applied, the less the pressure. For example, a person lying flat on the ground exerts less pressure than when standing on the same surface.

Applications of Pressure:

  • In daily life: The design of shoes with wide soles helps distribute weight and reduces the pressure on the ground. Similarly, snowshoes distribute a person's weight over a larger area to prevent sinking into the snow.
  • In engineering: Hydraulic systems use the principle of pressure to lift heavy objects. The pressure exerted on a confined fluid is transmitted equally in all directions, as described by Pascal's Law:

Pascal’s Law: $F_1 / A_1 = F_2 / A_2$

Where:

  • $F_1$ and $A_1$ are the force and area in one part of the system,
  • $F_2$ and $A_2$ are the force and area in the other part.

Hydraulic brakes and lifts are based on this principle, allowing small forces to generate larger forces on a different area.


すじにくシチュー, CC0, via Wikimedia Commons

8.8- दबाव (Pressure)

दबाव (Pressure) एक भौतिक परिमाण है जो किसी सतह पर लगने वाली बल की मात्रा को दर्शाता है। जब बल एक निश्चित क्षेत्रफल पर लागू होता है, तो उसे दबाव कहते हैं। दबाव का संबंध बल और क्षेत्रफल से होता है।

दबाव की परिभाषा: दबाव वह बल है जो किसी सतह पर लागू होता है। इसे बल और सतह के क्षेत्रफल के अनुपात के रूप में व्यक्त किया जाता है।

दबाव का सूत्र: $$ P = \frac{F}{A} $$ यहाँ, $P$ = दबाव (Pressure) $F$ = बल (Force) $A$ = क्षेत्रफल (Area)

दबाव का SI इकाई: दबाव की SI इकाई पास्कल (Pa) है, जो एक न्यूटन प्रति वर्ग मीटर (N/m2) के रूप में व्यक्त की जाती है।

जब बल अधिक क्षेत्रफल पर लागू होता है, तो दबाव कम होता है। और जब बल एक छोटे क्षेत्रफल पर लागू होता है, तो दबाव अधिक होता है।

दबाव और बल के बीच संबंध: यदि किसी सतह पर लगने वाला बल अधिक है और क्षेत्रफल कम है, तो उस सतह पर दबाव अधिक होगा। उदाहरण के लिए, एक नुकीला कांटा या चाकू का सिरा दबाव को ज्यादा उत्पन्न करता है क्योंकि उसका संपर्क क्षेत्र बहुत छोटा होता है।

दबाव और क्षेत्रफल: जब क्षेत्रफल बढ़ता है, तो दबाव कम हो जाता है। उदाहरण के लिए, चौड़े पहिए वाली गाड़ी का दबाव जमीन पर कम होता है क्योंकि पहिए का संपर्क क्षेत्र ज्यादा होता है।

दबाव की दिशा: दबाव हमेशा उस सतह के ऊपर सामान्य (perpendicular) दिशा में काम करता है जिस पर बल लगाया जा रहा हो।

दबाव का असर केवल सतह पर ही होता है, जो बल को सघन (concentrated) या विस्तारित (spread out) करने पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, यदि एक व्यक्ति ने एक वस्तु को एक छोटे से क्षेत्र में रखा है, तो उस वस्तु पर दबाव ज्यादा होगा। दूसरी ओर, यदि वही व्यक्ति वही वस्तु एक बड़े क्षेत्र में रखता है, तो दबाव कम होगा।

दबाव का प्रयोग: दबाव का बहुत से जगहों पर उपयोग होता है जैसे कि:

  • कारों के टायरों में दबाव का संतुलन
  • गहरी खदानों में दबाव का प्रभाव
  • पाइपलाइनों में दबाव और गैसों का प्रवाह
  • वैमानिकी में विमान के ऊपर दबाव का प्रभाव

हाइड्रोस्टैटिक दबाव (Hydrostatic Pressure): यह दबाव तरल पदार्थ के भीतर उसके गहराई पर निर्भर करता है। हाइड्रोस्टैटिक दबाव का सूत्र होता है:

$$ P = \rho g h $$ यहाँ, $P$ = हाइड्रोस्टैटिक दबाव $\rho$ = तरल पदार्थ का घनत्व (Density) $g$ = गुरुत्वाकर्षण का त्वरण (Acceleration due to gravity) $h$ = तरल की गहराई (Depth of the liquid)

इसमें देखा जा सकता है कि जैसे-जैसे गहराई बढ़ती है, दबाव भी बढ़ता जाता है।

वायुमंडलीय दबाव: वायुमंडलीय दबाव पृथ्वी के वातावरण में हवा के कणों द्वारा उत्पन्न दबाव होता है। यह दबाव हर जगह एक समान नहीं होता और यह ऊंचाई के साथ घटता जाता है। समुद्रतल पर वायुमंडलीय दबाव 1 किलोपास्कल (kPa) होता है।

वायुमंडलीय दबाव का माप एक यांत्रिक यंत्र के द्वारा किया जाता है जिसे बारोमीटर कहते हैं।