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최근 수정 시각 : 2024-03-06 15:49:57

압력

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1. 개요2. 단위3. 여러가지 압력의 표현4. 기타

1. 개요

壓 力 / pressure

압력은 단위 면적당 '수직으로' 미치는 힘을 뜻한다. 단 반드시 정확한 면적을 필요로 하지는 않는데, 따라서 전체적인 힘이 약해도 매우 작은 면적에 미칠 경우 압력은 높아지며, 반대로 비교적 강한 힘이라도 넓은 면적에 대해 미치면 압력은 작아진다. 예를 들어 압정 끝은 면적이 매우 작기 때문에 큰 압력이 걸리곤 한다. 압축력이라고도 한다.

여기서 압력을 설명할 땐 '수직으로' 라는 조건이 반드시 들어가야 한다는 것에 유념해야 한다. 응력 문서를 참조하면 알 수 있지만, 단위 면적당 작용하는 힘이 항상 수직인 것은 아니기 때문이다.[1] 고체역학적으로 보다 엄밀하게 들어가게 되면 압력은 응력의 대각 성분의 평균으로 정의된다. 따라서 응력은 텐서이고, 압력은 스칼라이므로 완전히 다른 물리량임을 알 수 있다.

수학적 정의는 다음과 같다. 압력을 [math(p)], 압력이 가해지는 부분의 면적을 [math(A)], [math(A)]에 가해지는 수직 방향의 힘의 크기를 [math(F)]라고 할 때
[math(p=\dfrac FA)]

한편 압력은 [math(pV = nRT = Nk_{rm B}T)]이나 [math({\rm d}U = T{\rm\,d}S - p{\rm\,d}V)]처럼 분석하고자 하는 대상에 따라서는 에너지의 밀도라고 해석할 수도 있다.[2] 볼츠만이 1884년 슈테판-볼츠만 법칙을 수학적인 방식으로 증명할 때에도 흑체에서 복사되는 빛의 복사압 [math(p)]와 에너지 밀도 [math(u)]의 관계가 [math(p = \dfrac13u)]라는 것을 이용했다.

전압은 현대적인 관점에서 보면 이름과는 달리 압력의 일종이 아니다. 영어에서도 과거에는 electric pressure(전기압력)라는 명칭을 쓰곤 했는데, 전술한 것처럼 압력은 에너지의 밀도[math({\left(E = pV \Leftrightarrow p = \dfrac EV\right)})]이고 전압 역시 전하로 매개되는 에너지의 일종[math({\left(E = q\varPhi \Leftrightarrow \varPhi = \dfrac Eq\right)})]이라고 판단했기 때문에 전압이라는 명칭이 붙어버린 것.[3] 전압(전위차)의 개념을 설명할 때 오늘날에도 자주 비유적으로 쓰이는 게 수위차(수압)라는 점을 생각하면 어쩔 수 없는 부분이긴 하다. 자세한 것은 전기 퍼텐셜을 참고하자.

2. 단위

사용 단위는 SI 단위로 Pa(Pascal, 파스칼)이 있으며, 그 외에 다른 단위들도 많이 쓰이고 있다.

3. 여러가지 압력의 표현

압력, 특히 기체나 액체의 압력은 무엇을 기준으로 삼아 표현하느냐에 따라 여러 종류로 표현된다.

4. 기타


[1] 가장 단순한 사례로 종이를 찢는 것이 있다. [2] 차원을 분석해보면 압력은 [math({\rm N/m^2} = \dfrac{\rm kg{\cdot}\cancel m/s^2}{\rm m^{\cancel2}} = {\rm kg/(m{\cdot}s^2)})]에서 [math(\sf ML^{-1}T^{-2})]이고 에너지의 밀도는 [math({\rm J/m^3} = \dfrac{\rm kg{\cdot}{\cancel m^2}/s^2}{\rm m^{\cancel3}} = {\rm kg/(m{\cdot}s^2)})]에서 [math(\sf ML^{-1}T^{-2})]로 같다는 것을 알 수 있다. [3] 다른 공통점으로는 거리 내지 높이(1차원 측도)에 비례하는 함수 꼴로 다룰 수 있다는 것이다. [math(V = Ed)], [math(p = \rho gh)]이다. [4] 1mmHg의 측정치와 1/760 기압을 비교해 보면 0.000015% 가량 차이난다. [5] 1g의 물체를 1초 동안 1cm/s까지 가속시키는 데 필요한 힘. 즉 10-5N와 같다.

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