Tlak (symbol: ‚p‘) je síla na jednotku plochy působící na objekt ve směru kolmém k povrchu. Tlak podle obrysu je tlak vztažený k místnímu atmosférickému nebo okolnímu tlaku.
Tlak je jev, ke kterému dochází při působení síly na povrch. Symbol tlaku je p (malými písmeny). Velké písmeno P je vyhrazeno pro výkon.
Tlak je skalární veličina a má jednotky SI pascalů; 1 Pa = 1 N/m2 a EES jednotky psi; 1 psi = 1 lb/in2.
Tlak se přenáší na pevné hranice nebo přes libovolné úseky kapaliny normální na tyto hranice nebo úseky v každém bodě. Je to základní parametr v termodynamice a je konjugovaný s objemem.
Jednotkou SI pro tlak je pascal (Pa), rovnající se jednomu newtonu na metr čtvereční (N·m-2 nebo kg·m-1·s-2). Tento zvláštní název pro jednotku byl přidán v roce 1971; předtím byl tlak v SI vyjádřen jednoduše jako N/m2.
Jiné než SI míry, jako libra na čtvereční palec (psi) a tyč, se používají v některých částech světa. Jednotkou tlaku cgs je barye (ba) rovnající se 1 dyn·cm-2. Tlak je někdy vyjádřen v gramech-síla/cm2 nebo jako kg/cm2 a podobně, aniž by byly správně označeny jednotky síly. Ale používání názvů kilogram, gram, kilogram-síla nebo gram-síla (nebo jejich symbolů) jako jednotky síly je v SI výslovně zakázáno. Technická atmosféra (symbol: at) je 1 kgf/cm2. V US Customary jednotkách je to 14,696 psi.
Někteří meteorologové dávají přednost hektopascalu (hPa) pro atmosférický tlak vzduchu, který je ekvivalentní starší jednotce milibarr (mbar). Podobné tlaky se udávají v kilopascalech (kPa) ve většině ostatních polí, kde se předpona hekto používá jen zřídka. Jednotkový palec rtuti (inHg, viz níže) se stále používá ve Spojených státech. Oceánografové obvykle měří podvodní tlak v decibarech (dbar), protože zvýšení tlaku o 1 dbar se přibližně rovná zvýšení hloubky o 1 metr. Potápěči často používají manometrické pravidlo palce: tlak vyvinutý desetimetrovou hloubkou vody se přibližně rovná jedné atmosféře.
Standardní atmosféra (atm) je ustálenou konstantou. Přibližně se rovná typickému tlaku vzduchu ve střední zemské hladině moře a je definována takto:
Protože tlak se běžně měří podle schopnosti vytlačit sloupec kapaliny v manometru, tlaky se často vyjadřují jako hloubka konkrétní kapaliny (např. palce vody). Nejčastější volby jsou rtuť (Hg) a voda; voda je netoxická a snadno dostupná, zatímco vysoká hustota rtuti umožňuje kratší sloupec (a tedy menší manometr) k měření daného tlaku. Tlak vyvíjený sloupcem kapaliny o výšce h a hustotě ρ je dán rovnicí hydrostatického tlaku p = ρgh. Hustota kapaliny a místní gravitace se mohou lišit od jednoho měření k druhému v závislosti na místních faktorech, takže výška sloupce kapaliny nedefinuje tlak přesně. Když se dnes citují milimetry rtuti nebo palce rtuti, tyto jednotky nejsou založeny na fyzikálním sloupci rtuti; spíše dostaly přesné definice, které mohou být vyjádřeny pomocí jednotek SI. Jednotky na bázi vody stále závisí na hustotě vody, tedy na změřeném, nikoli definovaném množství. Tyto manometrické jednotky se stále vyskytují v mnoha oborech. Krevní tlak se ve většině světa měří v milimetrech rtuti a plicní tlak v centimetrech vody je stále běžný.
V současné době nebo dříve populární tlakové jednotky zahrnují následující:
Příkladem různého tlaku je prst, který může být přitisknut ke stěně, aniž by působil trvalý dojem; nicméně stejný prst, který tlačí na připínáček, může stěnu snadno poškodit. Přestože síla působící na povrch je stejná, připínáček působí větší tlak, protože bod tuto sílu koncentruje do menší plochy. Tlak se přenáší na pevné hranice nebo přes libovolné úseky kapaliny normální k těmto hranicím nebo úsekům v každém bodě. Na rozdíl od napětí je tlak definován jako skalární veličina.
Jiným příkladem je obyčejný nůž. Pokud se pokusíme nakrájet ovoce plochou stranou, evidentně se neuřeže. Pokud ale vezmeme tenkou stranu, bude se krájet hladce. Důvodem je, že plochá strana má větší plochu (menší tlak), a tak se ovoce nekrájí. Když vezmeme tenkou stranu, plocha povrchu se zmenší, a tak se ovoce krájí snadno a rychle. To je jeden z příkladů praktické aplikace Tlaku.
gradient tlaku se nazývá hustota síly.
U plynů se tlak někdy neměří jako absolutní tlak, ale ve vztahu k atmosférickému tlaku; taková měření se nazývají kalibrační tlak (také někdy psán gage pressure). Příkladem je tlak vzduchu v pneumatice automobilu, který by se dal označit jako „220 kPa/32 psi“, ale ve skutečnosti je 220 kPa/32 psi nad atmosférickým tlakem. Vzhledem k tomu, že atmosférický tlak na úrovni moře je asi 100 kPa/14,7 psi, absolutní tlak v pneumatice je tedy asi 320 kPa/46,7 psi. V technických pracích se to píše jako „kalibrační tlak 220 kPa/32 psi“. Tam, kde je omezen prostor, například na tlakoměrech, jmenovkách, popiscích grafů a záhlavích tabulek, je povoleno použití modifikátoru v závorkách, například „kPa (kalibr)“ nebo „kPa (absolutní)“. V technických pracích mimo SI se přetlak 32 psi někdy píše jako „32 psig“ a absolutní tlak jako „32 psia“, i když se preferují jiné výše vysvětlené metody, které se vyhýbají připojování znaků k jednotce tlaku.
Tlak v obrysu je relevantním měřítkem tlaku všude tam, kde se člověk zajímá o namáhání zásobních nádob a instalatérských součástí fluidních systémů. Kdykoli však musí být vypočteny vlastnosti stavových rovnic, jako jsou hustoty nebo změny hustot, musí být tlaky vyjádřeny jejich absolutními hodnotami. Je-li například atmosférický tlak 100 kPa, je plyn (například helium) při 200 kPa (obrys) (300 kPa [absolutní]) o 50 % hustší než stejný plyn při 100 kPa (obrys) (200 kPa [absolutní]). Zaměříme-li se na hodnoty obrysu, lze mylně usuzovat, že první vzorek měl dvojnásobnou hustotu než druhý.
Ve statickém plynu se zdá, že plyn jako celek se nepohybuje. Jednotlivé molekuly plynu jsou však v neustálém náhodném pohybu. Protože máme co do činění s extrémně velkým počtem molekul a protože pohyb jednotlivých molekul je náhodný ve všech směrech, nezaznamenáváme žádný pohyb. Uzavřeme-li plyn do nádoby, zjistíme tlak v plynu od molekul, které se srazí se stěnami naší nádoby. Stěny naší nádoby můžeme umístit kamkoliv dovnitř plynu a síla na jednotku plochy (tlak) je stejná. Můžeme zmenšit velikost naší „nádoby“ až na nekonečně malý bod a tlak má v tomto bodě jedinou hodnotu. Tlak je tedy skalární veličina, nikoli vektorová veličina. Má velikost, ale není s ní spojen žádný smysl pro směr. Tlak působí ve všech směrech v bodě uvnitř plynu. Na povrchu plynu působí tlaková síla kolmo (v pravém úhlu) na povrch.
Úzce příbuzná veličina je tenzor napětí σ, který vztáhne vektorovou sílu F k vektorové oblasti A přes
Tento tenzor může být rozdělen na skalární část (tlak) a stopový tenzor částečný střih. Střihový tenzor udává sílu ve směrech rovnoběžných s povrchem, obvykle v důsledku viskózních nebo třecích sil. Napěťový tenzor je někdy nazýván tlakový tenzor, ale v následujícím se termín „tlak“ bude vztahovat pouze na skalární tlak.
Tlaky na explozi nebo deflagraci
Výbušné nebo deflagrační tlaky jsou výsledkem vznícení výbušných plynů, mlh, prachových/vzduchových suspenzí v neurčených a stísněných prostorách.
Zatímco tlaky jsou obecně pozitivní, existuje několik situací, ve kterých se mohou setkat s negativními tlaky:
Stagnační tlak je tlak, který tekutina vyvíjí, když je nucena se přestat pohybovat. V důsledku toho, i když tekutina pohybující se vyšší rychlostí bude mít nižší statický tlak, může mít vyšší stagnační tlak, když je nucena se zastavit. Statický tlak a stagnační tlak souvisí s Machovým číslem tekutiny. Kromě toho mohou existovat rozdíly v tlaku v důsledku rozdílů ve výšce (výšce) tekutiny. Viz Bernoulliho rovnice (poznámka: Bernoulliho rovnice platí pouze pro nestlačitelné proudění).
Tlak pohybující se kapaliny lze měřit pomocí Pitotovy trubice nebo jedné z jejích variant, jako je sonda Kiel nebo sonda Cobra, připojená k manometru. V závislosti na tom, kde jsou vstupní otvory umístěny na sondě, lze měřit statický tlak nebo stagnační tlak.
Existuje dvojrozměrná analogie tlaku — boční síla na jednotku délky působící na přímku kolmou k síle.
Povrchový tlak je označován číslem π a sdílí mnoho podobných vlastností s trojrozměrným tlakem. Vlastnosti povrchových chemikálií mohou být zkoumány měřením tlaku/plošné izotermy, jako dvojrozměrná analogie Boyleova zákona, πA = k, při konstantní teplotě.
V ideálním plynu nemají molekuly žádný objem a neinteragují. Tlak se mění lineárně s teplotou, objemem a množstvím podle zákona ideálního plynu,
Reálné plyny vykazují složitější závislost na proměnných stavu.