پاسکال
یکای فرعی SI · کمیت: فشار، تنش مکانیکی
01 · تعریف
فشاری که نیرویی به اندازهٔ یک نیوتن، پخششده بهطور یکنواخت روی یک متر مربع، پدید میآورد. یکا بسیار کوچک است: اتمسفر پیرامون ما صد هزار پاسکال است.
کوچکی پاسکال کاستی نیست، بلکه پیامد ساخت درست دستگاه است: از نیوتن و متر ساخته شده، بی هیچ ضریب سازگارکننده. کار عملی با پیشوندها سر میکند — هکتوپاسکال در گزارش هوا، کیلوپاسکال در تهویه، مگاپاسکال در هیدرولیک، گیگاپاسکال در دانش مواد. ویژگی اصلی این کمیت جای دیگری است: فشار به نیرو بستگی ندارد، بلکه به مساحتی بستگی دارد که آن نیرو بر آن نشسته است. همان زن با پاشنهٔ سوزنی در پارکت فرورفتگی میگذارد و با کفش ورزشی هیچ ردی نمیگذارد، زیرا سطح تکیهگاه دویست برابر فرق میکند.
در مایع ساکن، فشار به همهٔ جهتها یکسان منتقل میشود — و همین را خودِ پاسکال کشف کرد. از اینجاست پرس هیدرولیک: بر پیستون کوچک با دست فشار میآورند و بر پیستون بزرگ همان فشار، ضرب در مساحت بزرگتر، نیرویی دهها برابر میدهد. جک خودرو و ترمزها و هر پرسی از این قاعده زندگی میکنند، و همین قاعده روشن میکند چرا فشار در کف ظرف تنها به ارتفاع ستون بستگی دارد، نه به باریک یا پهن بودن ظرف.
02 · تبدیل
پاسکال، بار، اتمسفر، میلیمتر جیوه
هیچ رشتهای پاسکال را خالص به کار نمیبرد: هواشناسی با هکتوپاسکال میشمارد، لاستیکسازان با بار، پزشکان با میلیمتر ستون جیوه، و فنّاوری آمریکایی با پوند بر اینچ مربع.
اتمسفر فیزیکی دقیقاً صد و یک هزار و سیصد و بیست و پنج پاسکال تعریف شده است — فشار ستونی از جیوه به ارتفاع هفتصد و شصت میلیمتر در صفر درجه و زیر شتاب گرانش استاندارد. اتمسفر فنی چیز دیگری است: کیلوگرمنیرو بر سانتیمتر مربع، نود و هشت هزار و شصت و شش و نیم پاسکال. اختلاف سه درصد است و در پلاکهای قدیمی تجهیزات شوروی هر دو دیده میشوند.
| یکا | نام | مقدار | کجا دیده میشود |
|---|---|---|---|
| Pa | پاسکال، یکای SI | 101325 | محاسبات فیزیکی |
| hPa | هکتوپاسکال | 1013 | گزارش هوا |
| kPa | کیلوپاسکال | 101,33 | تهویه، پزشکی |
| MPa | مگاپاسکال | 0,1013 | هیدرولیک، استحکام |
| GPa | گیگاپاسکال | 1,013·10⁻⁴ | مدول کشسانی مواد |
| N/m² | نیوتن بر متر مربع | 101325 | همان پاسکال |
| bar | بار | 1,01 | فنّاوری، هواشناسی پیش از SI |
| atm | اتمسفر فیزیکی | 1 | شیمی، شرایط مرجع |
| at | اتمسفر فنی، kgf/cm² | 1,03 | پلاکهای تجهیزات شوروی |
| mmHg | میلیمتر ستون جیوه، تور | 760 | پزشکی، فنّاوری خلأ |
| psi | پوند بر اینچ مربع | 14,7 | فنّاوری انگلیسیزبان |
| Ba | باری، دستگاه CGS | 1013250 | صوتشناسی و فیزیک پیش از SI |
نیوتن بر متر مربع و پاسکال یک چیزند و تفاوت تنها در نگارش است. هکتوپاسکال از نظر عددی با میلیبار برابر است، از این رو گذار هواشناسان به SI نیازی به تغییر عددهای آشنا نداشت
03 · مرتبههای بزرگی
از خلأ شتابدهنده تا درون خورشیدصد و یک هزار و سیصد و بیست و پنج — اتمسفر در سطح دریا
04 · ابزارهای اندازهگیری
فشار را با چه میسنجند
لولهای توخالی با مقطع بیضی، پیچیده به شکل کمان، زیر فشار میکوشد راست شود و این حرکت از راه اهرم به عقربه میرسد. در 1849 اختراع شد و از آن پس تقریباً تغییری نکرد: بر هر کمپرسور و هر کپسول گاز همین نشسته است.
جعبهای موجدار که هوایش بیرون کشیده شده، همراه با اتمسفر جمع و باز میشود؛ فنری نمیگذارد فرو بریزد. دستگاهی بدون یک قطره جیوه — و نامش هم از همین است: آنروئید، یعنی بیمایع.
غشایی که در سیلیکون حکاکی شده چند میکرومتر خم میشود و مقاومتهای کارگذاشته در آن مقدارشان تغییر میکند. چنین حسگرهایی در تلفن و خودرو و ایستگاه هواشناسی هستند و از یک فشارسنج عقربهای ارزانترند.
در فشارهای پایین دیگر غشایی برای خم شدن نمیماند و اندازهگیری جور دیگری انجام میشود: از روی گرمای بردهٔ رشتهای گرمشده. هرچه گاز رقیقتر باشد، گرما را بدتر میبرد، و از توان گرمایش فشار را تا هزارمهای پاسکال برآورد میکنند.
05 · قواعد نگارش
P بزرگ، a کوچک
نماد از نام خانوادگی گرفته شده و به همین سبب با حرف بزرگ آغاز میشود و دومی کوچک است: Pa. پیشوند چسبیده و بدون فاصله نوشته میشود، کیلو با حرف کوچک، مگا و گیگا با حرف بزرگ: kPa و MPa و GPa. نماد روسی Па است.
حرف کوچک m یعنی میلی، و مگاپاسکال نوشتهشده به شکل mPa به میلیپاسکال بدل میشود — خطایی به اندازهٔ یک میلیارد برابر. مثال سوم ناقص است: در فنّاوری تقریباً همیشه فشار افزوده را میآورند، شمرده از اتمسفر، و بی یادداشت، عدد دوپهلو میماند. فشار مطلق را با حرف a و فشار افزوده را با g نشان میدهند، که در اسناد انگلیسی به شکل psia و psig دیده میشود.
06 · یکاهای همسایه
بار به سبب نزدیکیاش به اتمسفر آسان است، اتمسفر به ستون جیوه بسته است، و پاسکال تنها یکایی است که بی هیچ سازگارسازی از دستگاه بیرون میآید.
صد هزار پاسکال
نیوتن بر متر²
760 mm جیوه
در شناسنامههای همسایهٔ Simetrium: نیوتن، که پاسکال از آن ساخته شده، بار و اتمسفر همچون یکاهای بیرون از SI با همان کاربرد، psi برای فنّاوری انگلیسیزبان و میلیمتر ستون جیوه برای پزشکی.
07 · بخش تاریخی
چگونه پذیرفتند که هوا وزن دارد
شاگرد گالیله لولهای پر از جیوه را جوش داد و آن را در ظرفی وارونه کرد: ستون تا هفتصد و شصت میلیمتر پایین آمد و ایستاد. بالای آن خلأیی ماند که دانش تا آن روز ناممکنش میشمرد.
بلز پاسکال از شوهرخواهرش خواست فشارسنجی را به قلهٔ آتشفشانی در اوورنی ببرد. ستون جیوه هشت سانتیمتر پایین آمد: هوا بالای کوه ضعیفتر از بالای دره فشار میآورد، پس اتمسفر وزن دارد.
مهندسان با کیلوگرمنیرو بر سانتیمتر مربع میشمردند، هواشناسان بار و میلیبار را آوردند، پزشکان بر میلیمتر جیوه ماندند. یک فشارسنج در کشورهای گوناگون درجهبندیهای گوناگون داشت.
چهاردهمین کنفرانس عمومی به این یکا نامی از آنِ خود داد، هرچند از سال شصت در دستگاه بود. هواشناسان بیدردسر به هکتوپاسکال کوچ کردند: هکتوپاسکال از نظر عددی با میلیبار برابر است.
مطلق، افزوده، و آنچه دستگاه نشان میدهد
تقریباً هر فشارسنجی فشار را نمیسنجد بلکه اختلاف را میسنجد: درون لوله در برابر بیرون آن. برای همین چرخ پنچر صفر نشان میدهد هرچند هوا در آن هست، و فشارسنج خانگی صد و بیست میلیمتر بالای هفتصد و شصت جوی میدهد. فشار مطلق را با افزودن فشار جوّ به دست میآورند و همان است که در معادلات حالت گاز میآید — و درآمیختن این دو مبنا هنوز رایجترین خطای محاسبات حرارتی است. نکتهٔ جداگانه به ستون جیوه مربوط است: ارتفاع آن به چگالی جیوه بستگی دارد و چگالی به دما، از این رو تعریف، صفر درجه و شتاب گرانش استاندارد را شرط میکند. پزشکی از این تصحیح چشم میپوشد، اندازهشناسی نه، و امروز معیارهای نخستین فشار را نه بر جیوه بلکه بر ترازوهای فشار میسازند، جایی که فشار را وزنههای با جرم معلوم بر پیستونی با مساحت دقیقاً اندازهگیریشده تعیین میکنند.
فهرست · یکاهای اندازهگیری
شناسنامهای برای هر کمیت
هفت یکای اصلی SI، بیستودو یکای فرعی با نامهای ویژه و یکاهای بیرون دستگاه که نه فناوری از آنها بینیاز است و نه زندگی روزمره. هر یکا برگ خود را دارد: تعریف، تبدیل، ابزارها، قواعد نگارش. به 34 زبان.
یکاهای فرعی SI با نام ویژه
شناسنامهٔ پاسکال باز استیکاهای اصلی SI
به رنگ سفالی — کیلوگرم و متر و ثانیه، که پاسکال از آنها ساخته شدهیکاهای بیرون از SI
به رنگ سفالی — یکاهای فشار دستگاههای دیگرزبان شناسنامه
34 زبان. نماد Pa بینالمللی است، اما یکای آشنای زندگی روزمره فرق میکند: هکتوپاسکال در گزارش اروپایی، اینچ جیوه در آمریکایی، میلیمتر جیوه در روسی.