Was ist hydrostatischer Druck – Flüssigkeitsdruck und Tiefe
Die Luft um uns herum auf Meereshöhe drückt mit ~14,7 Pfund pro Quadratzoll auf uns. Wir spüren diesen Druck nicht, da die Flüssigkeiten in unserem Körper mit der gleichen Kraft nach außen drängen. Aber wenn Sie nur ein paar Meter in den Ozean hinunterschwimmen, werden Sie eine Veränderung bemerken. Sie werden eine Zunahme des Drucks auf Ihr Trommelfell spüren. Das liegt an der Zunahme des hydrostatischen Drucks, der die Kraft pro Flächeneinheit ist, die von einer Flüssigkeit auf ein Objekt ausgeübt wird. Je tiefer Sie unter das Meer gehen, desto größer wird der Druck, der auf Sie wirkt. Für alle 10,06 Meter (33 Fuß), die Sie nach unten gehen, steigt der Druck um 1 bar (14,5 psi).
Der hydrostatische Druck ist der Druck, der von einer Flüssigkeit im Gleichgewicht an einem bestimmten Punkt innerhalb der Flüssigkeit aufgrund der Schwerkraft ausgeübt wird. Der hydrostatische Druck nimmt proportional zur Tiefe, gemessen von der Oberfläche, zu, da das zunehmende Gewicht der Flüssigkeit eine Kraft von oben nach unten ausübt.
Wenn sich eine Flüssigkeit in einem Behälter befindet, kann die Tiefe eines Objekts, das sich in dieser Flüssigkeit befindet, gemessen werden. Je tiefer das Objekt in der Flüssigkeit platziert wird, desto mehr Druck erfährt es. Das liegt daran, dass sich das Gewicht der Flüssigkeit über ihm befindet. Je dichter die Flüssigkeit darüber ist, desto mehr Druck wird auf das Objekt ausgeübt, das aufgrund des Gewichts der Flüssigkeit untergetaucht ist.
Lassen Sie uns die Formel für den Druck auf ein Objekt, das in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, herleiten:
Aus dem, was Druck ist: Druck = Kraft/Fläche
Aus, was ist Kraft: Kraft = Masse x Beschleunigung = m x g (Erdbeschleunigung)
So: Druck = F/A = mg/A
Von, was ist Dichte: Dichte = Masse/Volumen ; Masse= Dichte x Volumen
Wir haben jetzt Druck = (Dichte x Volumen x Beschleunigung)/Fläche.
Die Formel, die den Druck P auf ein in eine Flüssigkeit eingetauchtes Objekt angibt, lautet also:
P = r * g * h
r (rho) ist die Dichte der Flüssigkeit,
g ist die Erdbeschleunigung
h ist die Höhe der Flüssigkeit über dem Objekt
Der Druck durch die Flüssigkeit allein (d.h.. der Überdruck) in einer bestimmten Tiefe hängt nur von der Dichte der Flüssigkeit, der Erdbeschleunigung und dem Abstand unter der Flüssigkeitsoberfläche ab.
Der statische Druck der Flüssigkeit in einer bestimmten Tiefe hängt nicht von der Gesamtmasse, der Oberfläche oder der Geometrie des Behälters ab.
P = r * g * h
Druck = (Dichte der Flüssigkeit) x (Erdbeschleunigung) x (Höhe)
Siehe weiterführende Lektüre über den statischen Flüssigkeitsdruck von der Georgia State University Physics Dept.
Wenn der Behälter zur darüber liegenden Atmosphäre offen ist, muss der zusätzliche atmosphärische Druck addiert werden, wenn man den Gesamtdruck auf ein Objekt finden will. Der Druck in einer bestimmten Tiefe in einer statischen Flüssigkeit ergibt sich aus dem Gewicht der Flüssigkeit, das auf eine Flächeneinheit in dieser Tiefe wirkt, plus dem Druck, der auf die Oberfläche der Flüssigkeit wirkt.
Gesamtdruck = Patmosphäre + Flüssigkeit
Gesamtdruck = Patmosphäre + ( r * g * h )
Beispiel:
Bestimmen Sie den Druck auf einen Taucher, der sich 10 m unter der Meeresoberfläche befindet. Nehmen Sie atmosphärische Standardbedingungen an. Verwenden Sie die Dichte von Meerwasser = 1,03 X 103 kg/m3 und den atmosphärischen Druck von 1,01 x 105 N/m 2.
Lösung:
Pfluid = r g h = (1,03 x10 3 kg/m3) (9,8 m/s2) (10 m) = 1,09 x 105 N/m 2.
Gesamt = Patmosphäre + Pfluid = (1,01 x 105) + (1,09 x 105) Pa = 2,10 x 105 Pa ( Pascal)