Cos’è la pressione idrostatica — Pressione dei fluidi e profondità
L’aria intorno a noi a livello del mare preme su di noi a ~14.7 libbre per pollice quadrato. Non sentiamo questa pressione perché i fluidi nel nostro corpo spingono verso l’esterno con la stessa forza. Ma se nuotate verso il basso nell’oceano solo pochi metri e comincerete a notare un cambiamento. Comincerete a sentire un aumento di pressione sui vostri timpani. Questo è dovuto all’aumento della pressione idrostatica che è la forza per unità di superficie esercitata da un liquido su un oggetto. Più vai in profondità sotto il mare, maggiore sarà la pressione che preme su di te. Per ogni 33 piedi (10,06 metri) in cui si scende, la pressione aumenta di 14,5 psi (1 bar).
La pressione idrostatica è la pressione che viene esercitata da un fluido in equilibrio in un dato punto all’interno del fluido, a causa della forza di gravità. La pressione idrostatica aumenta in proporzione alla profondità misurata dalla superficie a causa del peso crescente del fluido che esercita una forza verso il basso dall’alto.
Se un fluido è all’interno di un contenitore, allora la profondità di un oggetto posto in quel fluido può essere misurata. Più profondo è l’oggetto posto nel fluido, più pressione sperimenta. Questo perché il peso del fluido è sopra di esso. Più denso è il fluido sopra di esso, più pressione viene esercitata sull’oggetto che è sommerso, a causa del peso del fluido.
Deriviamo la formula della pressione su un oggetto immerso in un fluido:
Da, cos’è la pressione: Pressione = Forza/Area
Da, cos’è la Forza: Forza = massa x accelerazione = m x g (accelerazione in gravità)
Quindi: Pressione = F/A = mg/A
Da Cos’è la Densità: Densità = Massa/Volume ; Massa= Densità x Volume
Ora abbiamo Pressione = (densità x volume x accelerazione)/area.
La formula che dà la pressione P su un oggetto immerso in un fluido è quindi:
P = r * g * h
r (rho) è la densità del fluido,
g è l’accelerazione di gravità
h è l’altezza del fluido sopra l’oggetto
La pressione dovuta al solo liquido (cioè la pressione relativa) a una data profondità dipende solo dalla densità del liquido, dall’accelerazione di gravità e dalla distanza sotto la superficie del liquido.
La pressione statica del liquido a una data profondità non dipende dalla massa totale, dalla superficie o dalla geometria del contenitore.
P = r * g * h
Pressione = (densità del liquido) x (accelerazione di gravità) x (altezza)
Vedi letture più avanzate sulla pressione statica del fluido dal Dipartimento di Fisica della Georgia State University.
Se il contenitore è aperto all’atmosfera sovrastante, la pressione atmosferica aggiunta deve essere aggiunta se si vuole trovare la pressione totale su un oggetto. La pressione ad una data profondità in un liquido statico è il risultato del peso del liquido che agisce su un’area unitaria a quella profondità più qualsiasi pressione che agisce sulla superficie del liquido.
Totale = Patmosfera + Pfluido
Totale = Patmosfera + ( r * g * h )
Esempio:
Trova la pressione su un subacqueo che si trova 10 metri sotto la superficie dell’oceano. Assumere condizioni atmosferiche standard. Utilizzare la densità dell’acqua di mare = 1,03 X 103 kg/m3 e la pressione atmosferica di 1,01 x 105 N/m 2.
Soluzione:
Pfluido = r g h = (1,03 x10 3 kg/m3) (9,8 m/s2) (10 m) = 1,09 x 105 N/m 2.
Totale = Patmosfera + Pfluido = (1,01 x 105) + (1,09 x 105) Pa = 2,10 x 105 Pa (Pascal)