Se hai un'auto, probabilmente possiedi uno di quei manometri della pressione dei pneumatici delle dimensioni di una penna. Ha una piccola cosa sferica divertente su un'estremità e una piccola scala mobile sull'altra estremità.
Ti sei mai chiesto come misura la pressione? E perché la piccola bilancia non si spegne all'estremità?
In questo articolo scopriremo esattamente come funzionano questi manometri!
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Diciamo che prendi un pezzo di legno da 1 pollice per 1 pollice lungo 3 piedi e diciamo che questo pezzo di legno pesa 1 libbra. Se dovessi appoggiare quel pezzo di legno sul piede, applicherebbe 1 libbra di forza sulla punta del piede. Poiché la sua sezione trasversale è di 1 pollice quadrato, esercita 1 libbra per pollice quadrato di forza (1 psi) sulla punta del piede. Se dovessi prendere un pezzo dello stesso legno lungo 30 piedi e bilanciarlo sul tuo piede, applicherebbe 10 psi di pressione. Se fosse lungo 300 piedi, applicherebbe 100 psi e così via.
L'acqua profonda 1 piede esercita 0,43 psi, quindi se sei a un miglio sott'acqua vengono esercitati circa 2.270 psi. Cioè, una colonna d'acqua da 1 pollice quadrato alta un miglio pesa 2.270 libbre.
L'aria funziona allo stesso modo. L'atmosfera è "profonda" di circa 50 miglia e al livello del mare esercita 14,7 psi . Cioè, una colonna d'aria da 1 pollice quadrato alta 50 miglia pesa 14,7 libbre. I nostri corpi pensano che 14,7 psi di pressione atmosferica siano del tutto normali.
Pressione dell'aria a varie altitudini
Il modo in cui un gas come l'aria esercita pressione all'interno di un contenitore come un pneumatico o un pallone è attraverso l'azione degli atomi d'aria che entrano in collisione con i lati del loro contenitore.
Immagina di avere un singolo atomo di azoto in un contenitore sigillato. Quell'atomo è in costante movimento rimbalzando sui lati del contenitore. La velocità del movimento dell'atomo è controllata dalla temperatura -- a 0 gradi Kelvin (zero assoluto) l'atomo non ha movimento e a temperature più elevate la velocità aumenta. A causa delle sue collisioni con i lati del contenitore, l'atomo esercita una pressione verso l'esterno. Quindi ci sono due modi per aumentare la pressione all'interno del contenitore:
Quando fai esplodere un pneumatico su un'auto o una bicicletta, usi una pompa per aumentare la pressione dell'aria all'interno del pneumatico aumentando il numero di atomi all'interno del pneumatico. Uno pneumatico per auto funziona in genere a 30 psi e uno pneumatico per bicicletta potrebbe funzionare a 60-100 psi. Non c'è magia qui:la pompa riempie semplicemente più aria in un volume costante , quindi la pressione aumenta.
Le parti di un tipico manometro hanno il seguente aspetto:
Ci sono tre semplici passaggi coinvolti nella misurazione della pressione di un pneumatico con un manometro:
All'interno del tubo che costituisce il corpo del manometro è presente un piccolo pistone a tenuta stagna proprio come il pistone all'interno di una pompa da bicicletta. L'interno del tubo è liscio lucido. Il pistone è realizzato in gomma morbida in modo da sigillare bene il tubo e l'interno del tubo è lubrificato con un olio leggero per migliorare la tenuta. Nell'immagine qui sotto, puoi vedere che il pistone si trova a un'estremità del tubo e il arresto è all'altro. Una primavera percorre la lunghezza del tubo tra il pistone e l'arresto e questa molla compressa spinge il pistone verso il lato sinistro del tubo.
La strana cosa sferica all'estremità sinistra dell'indicatore è vuota. L'apertura nella sfera è progettata per innestare lo stelo della valvola di un pneumatico. Se guardi nell'apertura, vedrai un sigillo di gomma e un piccolo perno fisso . La guarnizione in gomma preme contro il labbro dello stelo della valvola per evitare perdite d'aria durante la misurazione e il perno preme lo spinotto della valvola nello stelo della valvola per consentire all'aria di fluire nel manometro. L'aria fluirà attorno al perno, attraverso il passaggio cavo all'interno della sfera e nella camera del pistone.
Quando il manometro viene applicato allo stelo della valvola di un pneumatico, l'aria pressurizzata dal pneumatico entra precipitosamente e spinge il pistone verso destra. La distanza percorsa dal pistone è relativa alla pressione nel pneumatico. L'aria pressurizzata spinge il pistone a destra e la molla spinge indietro. Il manometro è progettato per avere una pressione massima e, per esempio, diciamo che è 60 psi. La molla è stata calibrata in modo che l'aria a 60 psi sposti il pistone all'estrema destra del tubo, mentre 30 psi sposti il pistone a metà del tubo e così via. Quando si rilascia il manometro dallo stelo della valvola, il flusso di aria pressurizzata si interrompe e la molla spinge immediatamente il pistone indietro a sinistra.
Per permetterti di leggere la pressione, è presente un asta calibrata all'interno del tubo:
La molla non è mostrata in questa figura, ma l'asta calibrata si inserisce all'interno della molla. Lo stelo calibrato scorre sopra il pistone, ma lo stelo e il pistone non sono collegati e c'è un accoppiamento abbastanza stretto tra lo stelo e l'arresto. Quando il pistone si sposta a destra, spinge lo stelo calibrato. Quando la pressione viene rilasciata, il pistone torna a sinistra ma lo stelo rimane nella posizione massima per consentire la lettura della pressione.
Per maggiori informazioni sui manometri per pneumatici e argomenti correlati, controlla i link nella pagina successiva.
Pubblicato originariamente:1 aprile 2000
