Що таке тиск газу, рідини і твердого тіла

Вже в стародавньому світі люди підозрювали, що таке тиск повітря і рідин насправді. Деякі з ідей про атомарний будову речовини дійшли до нас у поемі Лукреція Кара «Про природу речей», а адже це період античності, в той час як властивості тиску ефективно використовувалися вже в Давньому Єгипті. Жерці за допомогою нагрітого і розширився газу «за помахом чарівної палички» відкривали двері храмів, а будівельники користувалися гідравлічним підйомником для важких кам'яних блоків.

Сьогодні на питання, що таке тиск як фізична величина, відповідають: воно дорівнює відношенню сили до одиниці площі. Тому тиск повітря, тиск рідини в посудині і тиск твердого тіла на опору - суть схожі явища. Оскільки в них задіяна сила, тиск можна примусити здійснювати роботу (чим і користувалися заповзятливі давньоєгипетські жерці).

З тиском твердого тіла на опору, в принципі, все зрозуміло. Вага тіла - це сила, і вона ділиться на площу зіткнення тіла з опорою. Але в рідині і газі частки не перебувають у спокої. Вони весь час здійснюють рух, або хаотичне броунівський, або спрямований перенос через вплив зовнішніх сил або внутрішніх умов системи. Тиск створюється ударами частинок об стінки посудини.

Сила, яка бере участь у створенні тиску в цьому випадку - це імпульс, який віддає кожна частка в одиницю часу. Звідки з'являється імпульс і сила, ми зрозуміємо, якщо згадаємо формули кінематики, що описують пружне зіткнення тел. Молекула або атом рідини і газу розглядається як пружна сфера. Всередині рідкого і газоподібного речовини частинки постійно стикаються один з одним, обмінюються енергією і імпульсом. Тому тиск існує також не тільки по відношенню до стінки судини, але і всередині будь-якої речовини.
Навіть всередині вакууму завжди залишається деяка кількість частинок, які створюють у ньому невеликий тиск. Правда, що таке тиск у вакуумі існує, з'ясувалося не відразу. Спочатку вважалося, що вакуум - це абсолютна порожнеча, і він створює нульовий тиск. Фізика шкільного курсу користується цим допущенням і зараз.

Повернемося до руху частинок. Воно допоможе нам зрозуміти, що таке тиск кінетичне і статичну. Коли частинки знаходяться у хаотичному тепловому русі, яке постійно, виникає статичний тиск. Коли до системи прикладається якесь зовнішній вплив, і в русі частинок виникають переважаючі напрямки, ці самі частинки починають надавати кінетичне тиск.

Статичний тиск можна спостерігати, наприклад, на дні ванни, заповненої водою. Якщо ж відкрити кран, падаюча струмінь води створить додаткове кінетичне тиск. Спрощено його можна підрахувати, виходячи з тих же міркувань, що описувалися вище щодо пружних зіткнень частинок. Струмінь володіє вимірюваної швидкістю і обмінюється імпульсом з дном ванни при зіткненні. Повний тиск системи (ванни з водою) дорівнюватиме сумі статичного і кінетичного тисків.