A hidraulikus nyomás

Amíg a szilárd testekre gyakorolt nyomóerő csak az erő támadáspontja közelében hoz létre feszültséget, a folyadékokban és gázokban a nyomás minden irányban terjed. Ha egy merev és zárt, folyadékkal (például vízzel) megtöltött edény (1.2.1. ábra) hengeres kivezető nyílását mozgatható dugattyúval lezárjuk és ezt az A keresztmetszetű dugattyút F erővel terheljük, a dugattyú nem fog elmozdulni, mert a folyadék gyakorlatilag összenyomhatatlan. A hatóerőnek egy olyan erő fog ellenállni, amely a folyadékból „érkezik”. Ha az nem jönne létre, nem jöhetne létre az említett egyensúly sem, és a dugattyú valamilyen irányban elmozdulna. A Pascaltól származó, róla elnevezett törvényszerűség szerint az A felületre ható F erő hatására létrejövő nyomás a henger (illetve a hengerhez kapcsolódó, folyadékkal kitöltött tér) minden részére kiterjed. Ez az úgynevezett hidraulikus nyomás. Így tehát, ha az ábrán bemutatott edény bármely pontjához nyomásmérőt kapcsolunk, az mindenütt a p = F/A nyomást fogja mutatni. Ebből a törvényszerűségből következik, hogy ha egy folyadéktérben a nyomás mindenütt azonos, akkor a folyadéktér egyes felületrészeire ható erő a felületrészek nagyságával egyenesen arányos, vagyis: F₁ = p · A₁, F₂ = p · A₂, . . . stb.

1.2.1. ábra. Hidraulikus nyomás folyadékkal telt edényben

Ez a törvény képezi a hidraulikus emelők és hidraulikus prések szerkesztésének alapját (1.2.2. ábra).

1.2.2. ábra. Hidraulikus emelők és hidraulikus prések alapelve

A légköri nyomás

A nyugvó folyadékban, illetve gázban az egymás fölött elhelyezkedő részecskék nyomást hoznak létre, amely a nehézségi erő hatására keletkezik. A légterünkben több km magasságban található levegő is nyomást fejt ki az alacsonyabban lévő légrétegekre, illetve végül a talajfelszínre is. A talajszinten mérhető légnyomás annak a levegőoszlopnak a súlyerejével azonos, amely egy egységnyi (1 m²) talajfelület felett merőlegesen helyezkedik el. Ennek a légoszlopnak a súlyerejét kellene meghatározni ahhoz, hogy a légnyomást megállapíthassuk, ami azonban közvetlenül nem lehetséges. A közismert Torricelli-féle kísérlet a Pascal elv alapján ható légnyomást egy folyadékoszlop ismert (illetve kiszámítható) súlyerejéből származó ellennyomással hasonlította össze (1.2.3. ábra).

1.2.3. ábra. Torricelli-féle kísérlet vázlata

A műszaki gyakorlatban a készülékek túlnyomó többsége a légtér által körülvéve úgynevezett atmoszférikus viszonyok között üzemel. A folyadékot vagy gázt tartalmazó edények határolófalát a belülről ható nyomás és a kívülről ható p_b légköri nyomás (vagy más néven: barometrikus nyomás) különbsége, az úgynevezett túlnyomás terheli. Az abszolút nyomás az edényben uralkodó nyomásnak a p = 0 külső nyomáshoz viszonyított értéke.

Az összefüggés: abszolút nyomás = túlnyomás + légköri nyomás, vagyis p_abs = p_t + p_b.

A nyomástartó edények, készülékek szilárdsági igénybevételét a túlnyomás nagysága szabja meg. Sok esetben azonban, például a hűtőközegek elpárolgási vagy kondenzációs hőmérsékletének nyomás alapján történő megállapításakor, valamint a hűtőberendezések vákuumozásakor az abszolút nyomás a mértékadó. Mint látni fogjuk, a nyomásmérők legtöbb fajtája csak p_t túlnyomást – a mindenkori légköri nyomáshoz viszonyított nyomást – jelzi ki. (A légköri nyomást mérve 0 értéket mutat.) Ha ilyen műszerrel mérünk és az abszolút nyomást kell meghatározni, akkor a pontos eredmény elérése érdekében egyidejűleg meg kell mérni a pb légköri nyomást is (mert az a helytől és az időjárási viszonyoktól függően változhat), és a kettőt össze kell adni. Kisebb pontossági igényű méréseknél (például szervizmunkák során), amikor az abszolút nyomást csak tájékoztató jelleggel kell meghatározni, a tengerszint feletti 50 – 150 m közötti magasságú helyeken a légköri nyomást állandó p_b = 1 bar nagyságúnak lehet venni. Ilyenkor p_abs = p_t + 1 bar. Ez a módszer azonban hegyvidéken vagy igen kis nyomások mérésekor (például vákuumozáskor) nem használható, mert ott már nagyon pontatlan eredményt ad!

Megjegyzés: A bar nyomásegység önmagában sajnos nem tesz különbséget abban, hogy abszolút nyomásról vagy túlnyomásról van szó. Megállapodás szerint önmagában használva mindig abszolút nyomást jelent, azonban, ha a túlnyomás egységeként alkalmazzuk, akkor a bar mértékegység után ezt külön jelezni kell. Javasoljuk, hogy lehetőleg mindig jelezzük, hogy adott esetben túlnyomásról vagy abszolút nyomásról van-e szó.