לחץ.

שלב 1 מתוך 7

פגיעות בדפנות

האוויר סביבכם לוחץ על כל סנטימטר מרובע של העור במשקל של כקילוגרם, ואתם לא מרגישים את זה, כי הוא לוחץ באותה מידה מכל הכיוונים, וגם מבפנים. מרגישים אותו רק כשהוא לא מאוזן: אוזניים שנאטמות במעלית, או פחית שנמעכת כשמוציאים ממנה את האוויר.

לחץ הוא כוח שמתפזר על שטח:

$p = \frac{F}{A}$⁠

הוא נמדד בפסקל, ניוטון אחד על כל מטר רבוע. לחץ האוויר בגובה פני הים כ־101 kPa, אטמוספרה אחת. בסצנה גז בצילינדר מתחת לבוכנה, והצגת הפגיעות בדפנות על פועל: כל הבזק הוא חלקיק שפוגע בדופן. המד שליד הצילינדר מראה את הלחץ.

שלב 2 מתוך 7

דוחסים

דחפו את הבוכנה למטה, ואותם חלקיקים מקבלים פחות מקום: הם חוצים את הצילינדר מהר יותר, פוגעים בדפנות לעתים קרובות יותר, ויש פחות דופן לחלק עליה את הפגיעות. רוברט בויל מצא בשנות ה־1660 שכאשר הטמפרטורה קבועה, מכפלת הלחץ בנפח קבועה:

$p_1V_1 = p_2V_2$⁠

הטמפרטורה קבועה עכשיו על 300 K, והבוכנה למעלה: הנפח 100%.

שלב 3 מתוך 7

מחממים

מחממים את הגז, והחלקיקים נעים מהר יותר. לא כולם באותה מהירות: יש שמתמהמהים ויש שדוהרים. אבל הטמפרטורה בקלווין גדלה ביחס ישר לאנרגיה הקינטית הממוצעת שלהם, $\tfrac{1}{2}mv^2$⁠. הגז כאן חומם ל־600 K, פי שניים מ־300 K, והטמפרטורה קבועה.

שלב 4 מתוך 7

חוק הגזים

כשמחממים בנפח קבוע, החלקיקים פוגעים בדפנות גם תכוף יותר וגם חזק יותר, ושני הגורמים יחד מכפילים את הלחץ כשהטמפרטורה מוכפלת. צירוף שני החוקים הוא חוק הגזים:

$\frac{pV}{T} = \text{const}$$\frac{pV}{T} =$$\text{const}$⁠

כשהטמפרטורה בקלווין. בגלל זה הלחץ בצמיג גבוה יותר אחרי נסיעה ארוכה, ופחית סגורה שמחממים באש עלולה להתפוצץ.

שלב 5 מתוך 7

שתי אטמוספרות

עכשיו אתם קובעים: גם הנפח וגם הטמפרטורה פתוחים.

שלב 6 מתוך 7

לחץ בעומק

גם נוזלים לוחצים, והלחץ שלהם גדל עם העומק, כי כל שכבה נושאת את משקל כל מה שמעליה:

$p = p_0 + \rho g h$⁠

$p_0$⁠ הוא לחץ האוויר על פני השטח, $\rho$⁠ צפיפות הנוזל ו־$h$⁠ העומק. עשרה מטרים של מים מוסיפים כמעט בדיוק עוד אטמוספרה. לכן סכרים עבים ביותר בבסיסם, ולכן צוללנים עולים לאט.

שלב 7 מתוך 7

פגיעות בגז חם

נחזור לגז במכל. בהצגת הפגיעות בדפנות רואים כל פגיעה של חלקיק בדופן כהבזק. הגז חומם ל־600 K, והנפח לא השתנה.