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psi (unità di misura)

In fisica psi è l'acronimo di pound per square inch o più esattamente di pound-force per square inch, locuzione inglese che significa libbre forza per pollice quadrato, ed è l'unità di misura della pressione nel sistema consuetudinario anglosassone. Era particolarmente utilizzato per i manometri delle locomobili inglesi. Altri simboli usati sono lbf/in² o lbf/in² e lbf/sq in o lbf/sq in.

Un manometro con scala in psi (rosso) e kPa (nero).
Tavola di conversione delle unità manometriche
psi kgf/cm2 atm kPa bar
1 psi ≡ 1 lbf/in2 7,027×10−2 6,805×10−2 6,895 0,06895
1 kgf/cm2 14,22 1 9,678×10−1 98,07 0,9807
1 atm 14,70 1,033 1 101,3 1,013
1 kPa 0,1450×10 1,020×10−2 9,869×10−3 1 0,01
1 bar 14,50 1,020 0,9869 100 1

Si usa la dizione libbre per pollice quadrato assolute (Pounds per square inch absolute – psia) per indicare la pressione relativa al vuoto piuttosto che la pressione atmosferica. Siccome al livello del mare la pressione atmosferica vale circa 14,7 psi, questo valore verrà aggiunto ad ogni lettura fatta a livello del mare. Invece la dizione libbre per pollice quadrato manometriche (pounds per square inch gauge – psig), indica la pressione relativa a quella atmosferica. Per esempio uno pneumatico di bicicletta gonfiato a 65 psi sopra la pressione atmosferica avrà una pressione di 65 + 14,7 = 79,7 psia o 65 psig [1][2]. Quando la pressione manometrica si riferisce a qualcosa diverso dalla pressione atmosferica dell'ambiente allora le unità saranno indicate come libbre per pollice quadrato differenziali (pounds per square inch differential – psid).

In meccanica si usano spesso due suoi multipli:

  • ksi (kilopound per square inch): equivalente a 1000 psi; un 1 ksi equivale a 6,895 MPa ed è tipicamente usato per misurare la resistenza dei materiali metallici;
  • Mpsi (megapound per square inch): equivalente a 1 milione di psi; 1 Mpsi equivale a 6,895 GPa ed è tipicamente usato per misurare il modulo di elasticità dei materiali metallici.

A titolo di esempio si riportano il modulo elastico e la resistenza di alcuni materiali espressi in Mpsi e ksi[3] e equivalente nel Sistema Internazionale:

materiale Carico unitario massimo Modulo di Young
[ksi] [MPa] [Mpsi] [GPa]
alluminio 16 110 10 69
rame 32 220 17 117
vetro 7,25 50 7,25 ÷ 13 50 ÷ 90
leghe di titanio 130 900 16 110
legno di pino 5,80 40 1,31 9

Alle volte per indicare pressioni basse si ricorre al millipsi (indicato con mpsi)[4] pari a psi = 6,895 Pa, usata ad esempio per misurare la risoluzione dei sensori di pressione.[5]

Ordini di grandezza

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A titolo d'esempio si possono ricordare i seguenti valori notevoli di pressione

  • 0,06 ÷ 0,13 psi — pressione atmosferica su Marte, è minore dell'1% della pressione atmosferica a livello del mare sulla Terra.[6]
  • 0,089 psi — pressione parziale di vapore dell'acqua al punto triplo.[7]
  • 0,9 psi — Pressione a cui l'acqua bolle alla normale temperatura corporea umana (37 °C), è la pressione al di sotto della quale gli esseri umani non possono assolutamente sopravvivere (limite di Armstrong).[8][9]
  • 2,3 psig — Pressione sistolica in un adulto sano a riposo.[10]
  • 5 psig — valore della sovrappressione di un'onda d'urto di lunga durata dovuta ad un'esplosione su larga scala a cui la maggior parte degli edifici collassa.[11]
  • 13 psi — La più bassa pressione atmosferica registrata (causata dal tifone Tip nel 1979), è solo l'86% della pressione atmosferica standard.[12]
  • 30 ÷ 130 psig — la pressione relativa in uno pneumatico di bicicletta.[13]
  • 60 ÷ 90 psi — la pressione dell'anidride carbonica in una bottiglia di champagne.[14]
  • 162 psi — la pressione media di un morso di un essere umano.[15]
  • 400 ÷ 1200 psi — la pressione esercitata dall'anidride carbonica propellente in una pistola da paintball.[16]
  • > 1500 psi — Pressione esercitata da una donna di 45 kg che indossa dei tacchi a spillo quando il tacco colpisce il pavimento.[17]
  • 10 ksi — la pressione d'acqua a cui è stato sottoposto il sommergibile DSV Shinkai 6500 visitando le profondità oceaniche a più di 6500 metri sotto il livello del mare.[18]
  • 10 ÷ 40 ksi — massima pressione nella canna di una pistola durante lo sparo.[19]
  • 10 Mpsi − la più alta pressione di un getto d'acqua realizzata in un laboratorio di ricerca.[20]

Note

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  1. ^ Glossary of Industrial Air Cleaning Technology, su United Air Specialists, Inc (archiviato dall'url originale il 1º agosto 2011).
  2. ^ Gage v. Sealed v. Absolute pressure (PDF), su Dynisco.
  3. ^ engineeringtoolbox, Tensile Modulus for some common Materials, su engineeringtoolbox.com. URL consultato il 6 giugno 2015.
  4. ^ (EN) S. Patnaik, D. Hopkins, Table 1-3, in Strength of Materials: A New Unified Theory for the 21st Century, Elsevier Science, 2006, p. 9, ISBN 978-0-08-046993-5.
  5. ^ (EN) J. H. Hoffman, The study of pressure measurement techniques and devices in the range of 10-1 to 10-5 torr (2 millipsi to 0.2 micropsi), NASA, 29 agosto 1990, 19910002354.
  6. ^ Mars Fact Sheet, su nssdc.gsfc.nasa.gov, NASA. URL consultato il 5 gennaio 2012.
    «variable from 4.0 to 8.7 mb»
  7. ^ CRC handbook of thermophysical and thermochemical data, Volume 1, CRC Press, 1994, ISBN 978-0-8493-0197-1.
  8. ^ Claude A. Piantadosi, 2 Survival and Adaption, the Armstrong line, in The Biology of Human Survival: Life and Death in Extreme Environments, Oxford University Press, 2003, ISBN 978-0-19-516501-2.
  9. ^ Arnauld E. Nicogossian, Carolyn Leach Huntoon, Sam L. Pool, Space Physiology and Medicine, Lea & Fibiger, 1994, p. 110, ISBN 978-0-8121-1595-6.
  10. ^ (EN) Categories for Blood Pressure Levels in Adults, su nhlbi.nih.gov, NIH. URL consultato il 2 gennaio 2012 (archiviato dall'url originale il 4 luglio 2014).
  11. ^ R. Karl Zipf, Jr e Kenneth Cashdollar, Effects of blast pressure on structures and the human body (PDF), su cdc.gov. URL consultato il 3 gennaio 2012.
  12. ^ Which is the most intense tropical cyclone on record?, su Hurricane Research Division Frequently Asked Questions, NOAA. URL consultato l'11 novembre 2011.
  13. ^ This Is Your...Tire's Air, su bicycling.com. URL consultato il 25 giugno 2013 (archiviato dall'url originale il 24 luglio 2013).
    «Road tires typically require 80 to 130 psi, mountain tires 30 to 50 psi and hybrid tires 50 to 70 psi.»
  14. ^ Pressure in a Champagne Bottle, su The Physics Factbook. URL consultato il 13 dicembre 2011.
  15. ^ What is the strength of an average human's jaw?, su twcenter.net. URL consultato il 5 aprile 2012.
    «the average biting force of the human jaw is 162 PSI»
  16. ^ Young Choi, Beginner's guide to paintball tanks, su paintball.com (archiviato dall'url originale il 19 febbraio 2009).
    «Co2 pressure output can range from 400 psi up to 1200 psi»
  17. ^ Pressure Under High Heels, su The Physics Factbook. URL consultato il 9 ottobre 2011.
  18. ^ SHINKAI 6500, su jamstec.go.jp, Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology. URL consultato il 13 dicembre 2011.
    «Pressure at a depth of 6,500 m reaches around 680 atmospheres»
  19. ^ SAAMI Pistol Pressure Specifications, su SAAMI pressures, Leverguns.Com. URL consultato il 7 gennaio 2012 (archiviato dall'url originale il 15 dicembre 2012).
    «.45 Colt ... 14,000 ... 9.mm Luger +P ... 38,500»
  20. ^ David Summers, Waterjetting 3b: pumps, intensifiers, and cannons, su bittooth.blogspot.com, 2012. URL consultato il 14 novembre 2012.
    «the highest pressure jet that we generated in the MS&T [Missouri University of Science and Technology] Laboratories was at around 10 million psi.»

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