Druk; de drukkracht per oppervlakte waar het op werkt.
Deze
bandendrukmeter
meet de lucht(over)druk in een autoband in
psi
In de
natuurkunde
is
druk
de druk
kracht
per oppervlakte-eenheid. De
SI-eenheid
van druk is de
pascal (Pa)
, maar ook de
bar
en de
atmosfeer
worden soms gebruikt.
Bij een vaste stof is druk een vorm van
mechanische spanning
die het
tegengestelde
is van
rekspanning
. Anders dan rekspanning is druk ook van toepassing op een medium als
gas
of een
vloeistof
; deze wordt uitgeoefend op de wanden van het vat waarin het medium zich bevindt, of op het oppervlak van een object dat zich in het medium bevindt. De druk wordt ook in vaste materialen geacht in alle richtingen gelijk te zijn: het is dan het
gemiddelde
van de drie axiale spanningen.
[1]
De relatie tussen druk,
temperatuur
,
volume
en aantal moleculen in een gas wordt beschreven door de
algemene gaswet
. In een vloeistof neemt de druk onder invloed van de zwaartekracht evenredig toe met de diepte en met de
dichtheid
van de vloeistof. Bijvoorbeeld in water neemt de druk toe met ongeveer 1
atmosfeer
voor elke 10 meter diepte.
Druk door een vaste stof kan worden berekend aan de hand van volgende formule:
![{\displaystyle p={\frac {F}{A}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b2f127feccc050bed7157fa2e0176bdcda790951)
Waarbij:
- p
staat voor de drukspanning of druk (
pressure
) (Pa).
- F
de drukkracht is met de standaardafkorting voor
kracht
(
force
) (N).
- A
staat voor
oppervlakte
(
area
) van de vaste stof waarop de drukkracht werkt (m
2
).
De
eenheid
van druk (in het
SI
-stelsel) is de pascal. 1 Pa = 1 N/m
2
. Deze eenheid is dus samengesteld uit de eenheden van kracht en van oppervlakte (
newton
gedeeld door
vierkante meter
). Een druk van 0 Pa (absoluut) is
vacuum
; de
luchtdruk
op zeeniveau is ongeveer 100.000 Pa.
Soms zijn oudere, niet-SI-eenheden nog in gebruik, zoals
millimeter kwik
,
meter waterkolom
en
atmosfeer
. Een luchtdruk van 1
bar
, komt overeen met 100.000 Pa. In de
Verenigde Staten
van Amerika is de
pound-force
per square
inch
(
psi
) nog zeer gangbaar, 1 psi = 6894,757 Pa.
Relatieve en absolute druk, over- en onderdruk
[
bewerken
|
brontekst bewerken
]
Absolute druk is de druk die wordt gemeten vanaf een absoluut
vacuum
. Een absolute druk kan nooit negatief zijn, wat voor gassen logisch volgt uit de
algemene gaswet
.
Relatieve druk is ten opzichte van een referentiewaarde, meestal ten opzichte van de
luchtdruk
waarbij 1013
hectopascal
als
standaard
geldt. De relatieve druk kan hoger of lager zijn dan die referentiewaarde, respectievelijk over- en onderdruk. Het is een handige manier om uit te drukken dat de druk aan een kant van een scheiding lager is dan aan de andere kant. Soms wordt dit uitgedrukt in een getal dat als volgt wordt berekend: druk aan de ene kant min die aan de andere kant. Bij een onderdruk geeft dit een negatief getal. Zo kunnen metingen overdruk- of absoluutmetingen zijn. Om het verschil aan te geven wordt wel de letter
g
(
gauge
) of
a
(
absolute
) achter de eenheid geplaatst, zodat bijvoorbeeld 2 bara overeenkomt met 1 barg.
Aangezien gassen en vloeistoffen zich altijd verplaatsen van hoge druk naar lage druk, zwaartekracht en andere krachten buiten beschouwing gelaten, geeft een onderdruk een
zuigend
effect.
Pompen
en
verbrandingsmotoren
maken gebruik van dit principe.
Onderdruk wordt ook gebruikt als synoniem voor diastolische
bloeddruk
, de bloeddruk tijdens de
diastolische fase
waarin het
hart
zicht ontspant. Dit is een absolute druk die niets met de eerdere betekenis te maken heeft. De bovendruk is daarbij de systolische bloeddruk, de
systolische fase
waarin de
kamers
van het hart
contraheren
(samentrekken).
Druk die wordt veroorzaakt door botsende deeltjes in een afgesloten ruimte
Op een lichaam dat is ondergedompeld in een
fluidum
(gas of vloeistof) wordt altijd een alzijdige (
isotrope
) druk uitgeoefend: doordat de
moleculen
waaruit het medium bestaat, van alle kanten tegen het lichaam botsen, oefenen zij per oppervlakte-eenheid van het lichaam een zekere kracht uit en dus druk.
Voor
ideale gassen
wordt deze druk beschreven door de
algemene gaswet
. De druk van een ideaal gas is recht evenredig met de absolute temperatuur en met de stofhoeveelheid, en omgekeerd evenredig met het volume waarin het gas zich bevindt.
De druk van een fluidum als gevolg van de
zwaartekracht
is het gewicht per oppervlakte-eenheid van de bovenliggende lagen. Deze neemt dus naar beneden toe. Onder open water is de druk die van het bovenliggende water, plus de luchtdruk aan de oppervlakte.
De
atmosferische druk of luchtdruk
is de druk in de lucht. Lucht is een mengsel van gassen dat de
atmosfeer
vormt. Op
zeeniveau
is de luchtdruk gemiddeld ongeveer 1
atmosfeer
(omgerekend 101325 Pa).
Hoger in de atmosfeer neemt de luchtdruk af. Op de top van de hoogste berg op
Aarde
,
Mount Everest
, is de luchtdruk bijvoorbeeld maar een derde van de druk op zeeniveau.
Bij een stapel boeken is de kracht op een boek (bij het buiten beschouwing laten van de luchtdruk) het gewicht van de bovenliggende boeken. Deze neemt dus naar beneden toe. De verticale
drukspanning
op een boek is de kracht gedeeld door de oppervlakte van het boek.
Omgekeerd neemt de
rekspanning
van een naar beneden hangende homogene staaf naar beneden af, omdat de trekkracht op elk niveau gelijk is aan het gewicht van wat eronder hangt.