לחץ

לחץ הוא גודל פיזיקלי שמקשר בין כוח לשטח עליו הוא פועל במאונך.

בגז במכל סגור, מולקולות מתנגשו בדפנות וזה מייצר כוח על שטח מסוים. היחס בין הכוח לשטח לא תלוי בשטח עצמו, אלא בתכונות הגז, כמו מהירות המולקולות ומסתן. לכן מגדירים לגזים ולנוזלים את הלחץ, שמסומן ב‑P.

כוח שמופעל על אלמנט שטח קטן תמיד מאונך לו במקרה של מולקולה מתנגשת בקיר. לכן עבור שטח A שסמוך לזורם באותו לחץ P יתקבל כוח מאונך:
F = P A
אפשר גם להקטין את הלחץ על ידי הגדלת השטח שאליו הכוח מפוזר. דוגמה פשוטה היא לשכב על מסמר בודד מול מיטת מסמרים, במיטה השטח גדול יותר ולכן הלחץ על כל נקודה קטן יותר.

אם יש הבדל בלחץ משני צדי משטח, יתקבל כוח שקול שאינו אפס. גרדיאנט הלחץ, כלומר קצב השינוי של הלחץ במרחב, גורם לכוח על נפח קטן dV שהוגדר ע"י -∇P·dV. זאת הסיבה שכדור ים צף: הלחץ גדול יותר מתחתיו מאשר מעליו, ומתקבל כוח כלפי מעלה שנקרא ציפה. סלע שוקע כי המשקל שלו גדול מכוח הציפה.

הלחץ קשור למשתנים תרמודינמיים כמו טמפרטורה T וצפיפות. בדוגמה של גז אידיאלי מתקיים הקשר PV = N k_B T, שבו N מספר החלקיקים ו‑k_B קבוע בולצמן. יחס זה מסביר מדוע הגדלת נפח מקטינה את הלחץ, וכאשר מחממים גז המולקולות נעות מהר יותר והלחץ עולה.

בצפיפויות גבוהות הכוחות הבינמולקולריים מתחילים להשפיע, ואז הגז כבר לא אידיאלי. משוואת ואן דר ואלס מתקנת את משוואת הגז האידיאלי באמצעות פרמטרים a ו‑b שמתארים משיכה בין מולקולות וגודלן.

במערכת הבינלאומית הלחץ נמדד בפסקל (Pa). פסקל הוא ניוטון אחד על מטר מרובע. בחיי היום־יום משתמשים גם ביחידות כמו אטמוספירה, בר, מילימטר כספית (mmHg) ו‑PSI.

מכשיר פשוט למדידת לחץ נקרא מנומטר. מנומטר סוג U מודד את הפרש הגבהים של נוזל בעמודה. ביחס לשדה כבידה מתקבל הביטוי P = ρ g h, שבו ρ צפיפות הנוזל, g תאוצת הכבידה ו‑h גובה עמוד הנוזל.

נוזלים וגזים מורכבים ממולקולות נעות. מספר ההתנגשויות והעוצמה שלהן קובעים את הלחץ. לחץ סטגנציה הוא הלחץ שנוצר כאשר זרימה נעצרת; בציוד טיס משתמשים במדידת לחץ סטגנציה כדי לחשב מהירות הטיסה.

לחץ משמש במדע ובהנדסה לחיזוי מזג אוויר ולתכנון מבנים, כלי רכב, וכלי טיס. מדידות לחץ עוזרות לקבוע גובה ולחזות רוח ומזג אוויר.

בתרמודינמיקה מדברים על הלחץ כממוצע שהמערכת מפעילה על פאותיה. עבור שינוי נפח הפיך העבודה הקטנה שנעשתה קשורה ללחץ על ידי dW = -P dV. לכן לחץ קשור לשינוי באנרגיה ביחס לנפח.

לחץ אטמוספירי הוא המשקל של עמוד האוויר מעלינו ליחידת שטח. הוא משתנה לפי הגובה ותנאי מזג האוויר. במצב סטנדרטי בגובה פני הים מוגדר לחץ אחד כאטמוספירה.

תת‑לחץ (לחץ שלילי) מתאר מצב שבו הלחץ נמוך יחסית ללחץ ייחוס. למשל בצמיג תת‑לחץ משנה את ביצועי הצמיג. יש גם מקרים של לחץ שלילי אבסולוטי, שבהם הכוח פונה פנימה אל הנוזל. אם הלחץ השלילי גדול מדי הוא יכול לגרום לקריעה של החומר.

לחץ הוא כמה כוח פועל על שטח מסוים.

בגז יש המון חלקיקים שמכהים בקירות. ההתנגשויות האלה יוצרות כוח על הקיר. היחס בין הכוח ליחידת שטח הוא הלחץ.

כוח שמגיע למשׂטח תמיד פועל לכיוון מאונך. אם מפזרים את הכוח על שטח גדול, הלחץ קטן. לכן מי שישב על מיטת מסמרים לא ייפצע כמו על מסמר אחד.

כשהלחץ גדול יותר מתחת לגוף מאשר מעליו, הגוף נדחף כלפי מעלה. זו הסיבה שדברים צפים.

הלחץ קשור לכמה חלקיקים יש ומהירותם. כשמחממים גז, המולקולות נעות יותר חזק והלחץ עולה.

לחץ נמדד בפסקל. פסקל הוא יחידת מידה של כוח על שטח. לעתים משתמשים גם באטמוספירה ובמילימטר כספית.

מכשיר שמודד לחץ נקרא מנומטר. הוא מודד את הבדל הגובה בעמודת נוזל. יש נוסחה שקושרת צפיפות, גובה וכוח הכבידה למרכיב הלחץ.

נוזלים וגזים מורכבים מחלקיקים נעים. הרבה חלקיקים גורמים ללחץ גדול יותר. לחץ משתנה גם בעומק, במים הלחץ גדל כשיורדים למטה.

מדידת לחץ עוזרת לחזות מזג אוויר ולעבוד על כלי טיס, מכוניות ובניינים.

בלחץ מדברים על כמה עבודה צריך כדי לשנות נפח של מערכת. שינוי נפח קשור לכמות העבודה שנעשית.

לחץ האוויר הוא המשקל של האוויר עלינו. הוא יורד כשעולים בגובה.

תת‑לחץ הוא מצב שבו הלחץ נמוך בהשוואה ללחץ אחר. בתת‑לחץ דברים נמשכים פנימה. אם הלחץ השלילי גדול מאוד, הוא יכול לפגוע בחומר.