왜 필요한가
같은 무게라도 좁은 곳에 실리면 더 세게 누른다. 이 "얼마나 세게"가 압력이다. 압력은 면에 수직으로 미는 힘을 그 넓이로 나눈 것이다.
교과서의 어림셈으로, 몸무게 45 kg인 사람이 굽 하나(0.25 cm²)에 실리면 약 180 bar, 5,000 kg 코끼리가 발 하나(250 cm²)에 실리면 약 20 bar가 된다. 사람의 구두굽이 코끼리 발보다 더 세게 누를 수 있다는 뜻이다.
분동과 피스톤
그림의 기계는 분동식 압력 시험기다. 넓이 1 cm²인 피스톤 위에 분동을 올린다. 1 kg쯤 올리면 약 1 bar고, 분동 하나를 더할 때마다 2 bar씩 늘어난다. 그래서 판독값은 1 · 3 · 5 · 7 · 9 bar를 가리킨다.
피스톤이 뜰 때만 압력이 정확히 그 값이다. 나사 펌프는 기름을 밀어 넣어 피스톤을 띄운다. 기름이 조금 새면 압력이 변하는 대신 피스톤이 조금 낮게 뜬다.
피스톤 넓이가 반이면 같은 분동으로 압력이 두 배가 된다. 이 배율을 쓰는 기계가 유압 잭이다.
기름이 압력을 전한다
고인 액체 속 한 점에서 압력은 모든 방향으로 같고, 어떤 면에든 수직으로 민다. 기름관으로 이어진 어디에서나 같은 압력이 걸린다. 고인 액체가 힘을 전하는 이 규칙이 파스칼의 원리다.
압력계 속
압력계 속 부르동관은 단면이 납작한 타원인 관을 C자로 구부린 것이다. 압력이 들면 단면이 원에 가까워지려 하고, 그러면 C가 조금 펴진다. 금속은 늘이기보다 굽히기가 훨씬 쉬워서, 바깥과 안쪽 가장자리의 길이는 거의 그대로인 채로 굽은 정도가 준다.
부르동관 끝은 겨우 2–3 mm 움직인다. 링크와 섹터 기어, 피니언이 이 작은 움직임을 바늘의 큰 회전으로 바꾼다. 바늘은 눈금판 위를 돈다. 머리카락 용수철은 피니언에 붙어 톱니 사이 헐거움을 없앤다. 그래서 압력이 오를 때와 내릴 때 읽는 값이 같다.
바늘이 0을 가리킬 때
압력계는 둘레 공기와의 차이를 잰다. 이를 게이지 압력이라 하고, 쉬고 있을 때 0을 가리킨다. 공기 자체도 약 1 bar(표준 대기압 1.013 bar)로 누르고 있다. "9 bar"라고 쓴 숫자는 대기압을 뺀 값이다.
물속으로 10 m 내려갈 때마다 약 1 bar씩 더해진다.
압력은 어디에
에스프레소는 약 9 bar로 뜨거운 물을 커피 가루 사이로 민다. 1 cm²마다 9 kg쯤을 올려 둔 셈이다. 압력 × 넓이 = 힘이므로, 과압 밸브는 스프링 힘과 압력이 미는 힘이 맞설 때 열린다. 끓는점도 압력에 따라 바뀐다(끓는점과 압력). 이 압력들이 한 기계에 모이는 모습은 에스프레소 머신에서 이어진다.
이 그림에 대하여
그림의 값은 모형값이다. 피스톤 넓이 1 cm², 피스톤과 받침 1.02 kg(1 bar), 분동 하나 2.04 kg(2 bar), 표준 중력 9.81 m/s²다. 압력계 지름은 160 mm로 시험용 압력계로 흔한 크기다. 부르동관이 펴지는 양은 약 7배, 단면이 둥글어지는 양은 더 크게 그렸고, 무브먼트도 보기 쉽게 크게 그렸다. 실제 시험기의 피스톤은 그림보다 더 가늘다.
실제 시험기는 피스톤을 돌려 벽과의 마찰을 줄이고, 기름은 광물성 유압유를 쓴다. 피스톤 넓이는 약 0.04–0.8 cm²쯤, 정확도는 읽은 값의 0.015–0.05%다. 분동은 표준 중력 9.80665 m/s²에 맞춰 만들고 곳에 따라 g를 보정한다(g는 곳마다 0.1–0.3%쯤 다르다). 이 기구는 압력계를 교정하는 가장 정확한 수단으로 산업체와 국가 표준 기관이 쓴다.