Паскаль

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.

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».

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.

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.

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).

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.