Паскаль (Па)
Обозначение: PaВесь мир
Паскаль (обозначение: Па, международное: Pa) — производная единица измерения давления в Международной системе единиц (СИ). Определяется как давление, создаваемое силой в один ньютон, равномерно распределённой по площади в один квадратный метр: 1 Па = 1 Н/м². В базовых единицах СИ: кг·м⁻¹·с⁻².
Что такое Паскаль (Pa)?
Формальное определение
Паскаль (обозначение: Па, международное: Pa) — производная единица измерения давления в Международной системе единиц (СИ). Определяется как давление, создаваемое силой в один ньютон, равномерно распределённой по площади в один квадратный метр: 1 Па = 1 Н/м². В базовых единицах СИ: кг·м⁻¹·с⁻².
Паскаль — относительно малая единица. Нормальное атмосферное давление на уровне моря — 101 325 Па (≈101,3 кПа). Поэтому на практике используют килопаскали (кПа), мегапаскали (МПа) и гигапаскали (ГПа). Давление в автомобильных шинах — около 220 кПа, прочность стали — около 400 МПа.
Роль в системе СИ
Паскаль — когерентная единица СИ для всех видов давления: атмосферного, избыточного, абсолютного, дифференциального, а также механического напряжения и звукового давления.
Этимология
Назван в честь Блеза Паскаля
Паскаль назван в честь Блеза Паскаля (1623–1662) — французского математика, физика и философа. В 1648 году Паскаль организовал эксперимент на горе Пюи-де-Дом, доказавший, что атмосферное давление уменьшается с высотой.
Принятие в СИ
Название «паскаль» было принято 14-й Генеральной конференцией по мерам и весам в 1971 году. До этого давление выражалось просто как «ньютон на квадратный метр».
Точное определение
Определение СИ
1 Па = 1 Н/м² = 1 кг/(м·с²). Определение точное и не зависит от артефактов.
Производные единицы
Бар определён как ровно 100 000 Па. Стандартная атмосфера — ровно 101 325 Па. Гектопаскаль (гПа), равный 100 Па, совпадает с миллибаром и является стандартом в метеорологии.
Связь с другими единицами
1 атм = 101 325 Па; 1 бар = 100 000 Па; 1 торр ≈ 133,322 Па; 1 psi ≈ 6894,76 Па; 1 мм рт. ст. ≈ 133,322 Па.
История
Эксперименты Блеза Паскаля
В 1643 году Торричелли создал ртутный барометр. В 1648 году Паскаль организовал опыт на горе Пюи-де-Дом: зять Паскаля Флорен Перье поднялся с барометром на вершину и зафиксировал уменьшение столба ртути, доказав связь давления с высотой.
Паскаль также сформулировал закон Паскаля: давление, приложенное к замкнутой несжимаемой жидкости, передаётся одинаково во все стороны. Этот принцип лежит в основе гидравлических систем.
Развитие единиц давления
До принятия паскаля давление измерялось в атмосферах, барах, мм рт. ст., дюймах ртутного столба, psi и других единицах. В 1971 году паскаль был официально назван. Метеорологи перешли на гектопаскали в 1980–1990-х годах.
Современное использование
Паскаль и его кратные — стандарт давления во всех научных дисциплинах, большинстве инженерных приложений и многих бытовых контекстах.
Современное применение
Метеорология
Атмосферное давление повсеместно сообщается в гектопаскалях (гПа = мбар). Нормальное давление — 1013,25 гПа. Давление в центре тайфуна 5-й категории — ниже 920 гПа.
Инженерия
Прочность бетона — 20–50 МПа. Предел текучести стали — 250–1000 МПа. Давление в шинах — 180–350 кПа. Гидравлические системы — до 70 МПа.
Медицина
Артериальное давление традиционно измеряется в мм рт. ст. Нормальное давление 120/80 мм рт. ст. = 16,0/10,7 кПа.
Промышленность
Вакуумные системы — от 100 кПа до микропаскалей. Газовые баллоны — 15–30 МПа. Водоснабжение — 200–700 кПа.
Применение в быту
Прогноз погоды
Барометрическое давление 1013 гПа — стандартные условия. Падение ниже 1000 гПа часто означает приближение шторма.
Давление в шинах
Типовое давление — 220–240 кПа (32–35 psi). Велосипедные шины: 200 кПа (горные) — 800 кПа (шоссейные).
Кулинария
Скороварки работают при ~200 кПа абсолютного давления. Эспрессо-машины — при 900 кПа (9 бар).
Дайвинг
На глубине 10 м давление — ~202 кПа (2 атм). На 30 м — ~405 кПа (4 атм).
В науке и промышленности
Гидродинамика
Уравнение Бернулли связывает давление, скорость и высоту — все члены выражаются в паскалях.
Материаловедение
Модуль Юнга стали — ~200 ГПа. Алмаз — ~1050 ГПа. Прочность, жёсткость, твёрдость — всё в единицах, производных от паскаля.
Акустика
Порог слышимости — ~20 мкПа. Болевой порог — ~20 Па. Уровень звукового давления в дБ определяется относительно 20 мкПа.
Геофизика
На границе мантии и ядра Земли (~2900 км) — ~136 ГПа. В центре Земли — ~360 ГПа.
Интересные факты
Один паскаль — примерно давление, создаваемое долларовой купюрой, лежащей на столе. Атмосферное давление — в 101 325 раз больше.
Блез Паскаль изобрёл один из первых механических калькуляторов (Паскалину) в возрасте 19 лет. Он умер в 39 лет, успев внести вклад в теорию вероятностей, геометрию и философию.
На дне Марианской впадины (~10 935 м) давление воды — ~110 МПа, или 1086 атмосфер.
Тихий звук, улавливаемый человеческим ухом, — колебание давления всего 20 мкПа, что в 5 миллиардов раз меньше атмосферного давления.
Алмазные наковальни могут создавать давление свыше 400 ГПа (4 миллиона атмосфер), воспроизводя условия в центре газовых гигантов.
Давление уменьшается примерно на 12 Па с каждым метром высоты вблизи уровня моря. На вершине Эвереста — ~33,7 кПа, треть нормального.
Тургорное давление внутри растительной клетки — 300–900 кПа, в несколько раз больше атмосферного. Когда растение вянет, это давление падает.