Pascal
Đơn vị dẫn xuất SI · đại lượng: áp suất, ứng suất cơ học
01 · Định nghĩa
Áp suất mà một lực một newton gây ra khi trải đều trên một mét vuông. Đơn vị này rất nhỏ: khí quyển quanh ta là một trăm nghìn pascal.
Sự nhỏ bé của pascal không phải là khuyết điểm mà là hệ quả của việc dựng hệ thống một cách trung thực: nó ghép từ newton và mét, không có hệ số chắp vá nào. Thực tế xoay xở bằng tiền tố — hectopascal trong bản tin thời tiết, kilopascal trong thông gió, megapascal trong thủy lực, gigapascal trong khoa học vật liệu. Tính chất cốt yếu nhất của đại lượng lại nằm ở chỗ khác: áp suất không phụ thuộc vào lực, mà vào diện tích mà lực ấy đặt lên. Cùng một người phụ nữ, đi giày gót nhọn thì để lại vết lõm trên sàn gỗ, đi giày thể thao thì không để lại dấu nào, bởi diện tích tựa khác nhau hai trăm lần.
Trong chất lỏng đứng yên, áp suất truyền đi như nhau theo mọi hướng — chính điều đó Pascal đã tự khám phá ra. Từ đây có máy ép thủy lực: tay ấn lên pít-tông nhỏ, còn ở pít-tông lớn cũng áp suất ấy, nhân với diện tích lớn hơn, cho một lực gấp hàng chục lần. Con đội ô tô, phanh xe và mọi máy ép đều sống bằng quy tắc này; nó đồng thời giải thích vì sao áp suất ở đáy bình chỉ phụ thuộc chiều cao cột chất lỏng, chứ không phụ thuộc bình hẹp hay rộng.
02 · Quy đổi
Pascal, bar, atmosphere, milimét thủy ngân
Không ngành nào dùng pascal trần trụi: khí tượng đếm bằng hectopascal, dân lốp xe bằng bar, thầy thuốc bằng milimét thủy ngân, kỹ thuật Mỹ bằng pound trên inch vuông.
Atmosphere vật lý được định nghĩa là đúng một trăm lẻ một nghìn ba trăm hai mươi lăm pascal — đó là áp suất của cột thủy ngân cao bảy trăm sáu mươi milimét ở không độ và dưới gia tốc trọng trường chuẩn. Atmosphere kỹ thuật lại là chuyện khác: kilôgam lực trên xentimét vuông, chín mươi tám nghìn không trăm sáu mươi sáu phẩy năm pascal. Chênh lệch là ba phần trăm, và trên các nhãn máy Liên Xô cũ gặp cả hai.
| Đơn vị | Tên | Giá trị | Gặp ở đâu |
|---|---|---|---|
| Pa | pascal, đơn vị SI | 101325 | tính toán vật lý |
| hPa | hectopascal | 1013 | bản tin thời tiết |
| kPa | kilopascal | 101,33 | thông gió, y học |
| MPa | megapascal | 0,1013 | thủy lực, độ bền |
| GPa | gigapascal | 1,013·10⁻⁴ | mô đun đàn hồi của vật liệu |
| N/m² | newton trên mét vuông | 101325 | cũng chính là pascal |
| bar | bar | 1,01 | kỹ thuật, khí tượng trước SI |
| atm | atmosphere vật lý | 1 | hóa học, điều kiện quy chiếu |
| at | atmosphere kỹ thuật, kgf/cm² | 1,03 | nhãn máy Liên Xô |
| mmHg | milimét cột thủy ngân, torr | 760 | y học, kỹ thuật chân không |
| psi | pound trên inch vuông | 14,7 | kỹ thuật nói tiếng Anh |
| Ba | barye, hệ CGS | 1013250 | âm học và vật lý trước SI |
Newton trên mét vuông và pascal là một, khác nhau chỉ ở cách viết. Hectopascal bằng millibar về trị số, vì thế việc các nhà khí tượng chuyển sang SI không đòi hỏi thay đổi những con số quen thuộc
03 · Bậc độ lớn
từ chân không trong máy gia tốc đến lòng Mặt TrờiMột trăm lẻ một nghìn ba trăm hai mươi lăm — khí quyển ở mực nước biển
04 · Dụng cụ đo
Đo áp suất bằng gì
Một ống rỗng tiết diện bầu dục, cuộn thành cung, dưới áp suất có xu hướng duỗi thẳng, và chuyển động ấy qua đòn bẩy truyền tới kim. Được phát minh năm 1849 và từ đó hầu như không đổi: trên mọi máy nén và bình khí đều là nó.
Chiếc hộp gấp nếp đã hút hết không khí co lại và giãn ra theo khí quyển; một lò xo giữ cho nó không bẹp. Dụng cụ không có lấy một giọt thủy ngân — vì thế mới gọi là aneroid, tức không chất lỏng.
Màng khắc trong silic võng xuống vài micrômét, còn các điện trở gắn trong đó thay đổi giá trị. Những cảm biến như vậy nằm trong điện thoại, trong ô tô và trong trạm khí tượng, mà giá lại rẻ hơn một áp kế kim.
Ở áp suất thấp thì chẳng còn màng nào để làm võng, và người ta đo cách khác: theo lượng nhiệt bị lấy đi khỏi một sợi dây nung nóng. Khí càng loãng thì càng dẫn nhiệt kém, và từ công suất đốt nóng người ta suy ra áp suất tới tận phần nghìn pascal.
05 · Quy tắc viết
P hoa, a thường
Ký hiệu bắt nguồn từ một họ người nên bắt đầu bằng chữ hoa, chữ thứ hai viết thường: Pa. Tiền tố viết liền, không cách, kilo viết thường, mega và giga viết hoa: kPa, MPa, GPa. Ký hiệu tiếng Nga là Па.
Chữ m thường nghĩa là mili, nên megapascal viết thành mPa sẽ biến thành milipascal — sai một tỉ lần. Ví dụ thứ ba chưa đủ: trong kỹ thuật hầu như bao giờ cũng ghi áp suất dư, tính từ khí quyển, và không có chú thích thì con số nước đôi. Áp suất tuyệt đối ghi bằng chữ a, áp suất dư bằng chữ g, trong tài liệu tiếng Anh trông như psia và psig.
06 · Các đơn vị lân cận
Bar tiện vì gần với atmosphere, atmosphere thì buộc vào một cột thủy ngân, còn pascal là đơn vị duy nhất rút ra từ hệ thống mà không phải chắp vá.
một trăm nghìn pascal
newton trên mét²
760 mm thủy ngân
Trong các phiếu lân cận của Simetrium: niutơn, những thứ dựng nên pascal, bar và atmôtphe với tư cách đơn vị ngoài SI cùng mục đích, psi cho kỹ thuật nói tiếng Anh, và milimét cột thủy ngân cho y học.
07 · Phần lịch sử
Không khí đã được thừa nhận là có trọng lượng ra sao
Một học trò của Galilei hàn kín ống chứa thủy ngân rồi úp ngược vào chậu: cột thủy ngân hạ xuống bảy trăm sáu mươi milimét rồi dừng. Bên trên còn lại một khoảng trống mà khoa học đến lúc ấy vẫn cho là không thể có.
Blaise Pascal nhờ anh rể mang một phong vũ biểu lên đỉnh một ngọn núi lửa ở Auvergne. Cột thủy ngân hạ xuống tám xentimét: không khí trên núi ép yếu hơn trên thung lũng, vậy nghĩa là khí quyển có trọng lượng.
Kỹ sư tính bằng kilôgam lực trên xentimét vuông, nhà khí tượng đưa vào bar và millibar, thầy thuốc ở lại với milimét thủy ngân. Cùng một áp kế mang những vạch chia khác nhau ở các nước khác nhau.
Hội nghị toàn thể lần thứ mười bốn đã đặt cho đơn vị một cái tên riêng, dù nó đã tồn tại trong hệ từ năm sáu mươi. Giới khí tượng chuyển sang hectopascal không chút đau đớn: nó bằng millibar về trị số.
Tuyệt đối, dư, và điều đồng hồ chỉ ra
Hầu như mọi áp kế đều không đo áp suất mà đo một hiệu số: trong ống so với ngoài ống. Vì thế bánh xe xẹp chỉ số không dù trong đó vẫn có khí, còn máy đo huyết áp gia đình cho một trăm hai mươi milimét cộng thêm vào bảy trăm sáu mươi của khí quyển. Áp suất tuyệt đối có được bằng cách cộng áp suất khí quyển, và chính nó mới đi vào các phương trình trạng thái của chất khí — lẫn lộn hai mốc quy chiếu vẫn là lỗi thường gặp nhất trong tính toán nhiệt. Một điều tinh tế riêng liên quan đến cột thủy ngân: chiều cao của nó phụ thuộc khối lượng riêng của thủy ngân, mà cái này lại phụ thuộc nhiệt độ, nên định nghĩa quy định không độ và gia tốc trọng trường chuẩn. Y học bỏ qua hiệu chỉnh ấy, đo lường học thì không, và các chuẩn áp suất bậc một ngày nay không dựng trên thủy ngân mà trên cân áp suất, nơi áp suất do những quả cân có khối lượng đã biết đặt trên pít-tông có diện tích đo chính xác quy định.
Danh mục · đơn vị đo
Mỗi đại lượng một phiếu
Bảy đơn vị cơ bản của SI, hai mươi hai đơn vị dẫn xuất có tên riêng, và những đơn vị ngoài hệ mà cả kỹ thuật lẫn đời thường đều không thể thiếu. Mỗi đơn vị một tờ riêng: định nghĩa, quy đổi, dụng cụ, quy tắc viết. Bằng 34 ngôn ngữ.
Đơn vị dẫn xuất SI có tên riêng
phiếu của pascal đang mởĐơn vị cơ bản của SI
màu đất nung — kilôgam, mét và giây, những thứ ghép nên pascalĐơn vị ngoài SI
màu đất nung — đơn vị áp suất của các hệ khácNgôn ngữ của phiếu
34 ngôn ngữ. Ký hiệu Pa mang tính quốc tế, còn đơn vị quen thuộc hằng ngày lại khác nhau: hectopascal trong bản tin châu Âu, inch thủy ngân trong bản tin Mỹ, milimét thủy ngân trong bản tin Nga.