Co to jest ciśnienie hydrostatyczne — ciśnienie płynu i głębokość
Powietrze wokół nas na poziomie morza naciska na nas z siłą ~14.7 funtów na cal kwadratowy. Nie czujemy tego ciśnienia, ponieważ płyny w naszym ciele wypychają się na zewnątrz z taką samą siłą. Ale jeśli popłyniesz w dół do oceanu tylko kilka stóp i zaczniesz zauważać zmiany. Zaczniesz odczuwać wzrost ciśnienia na błonach bębenkowych. Dzieje się tak z powodu wzrostu ciśnienia hydrostatycznego, które jest siłą na jednostkę powierzchni wywieraną przez ciecz na obiekt. Im głębiej zejdziesz pod wodę, tym większe będzie ciśnienie wywierane na Ciebie. Na każde 33 stopy (10,06 metra), które schodzisz w dół, ciśnienie wzrasta o 14,5 psi (1 bar).
Ciśnienie hydrostatyczne to ciśnienie wywierane przez płyn w stanie równowagi w danym punkcie płynu, ze względu na siłę grawitacji. Ciśnienie hydrostatyczne rośnie proporcjonalnie do głębokości mierzonej od powierzchni z powodu rosnącego ciężaru płynu wywierającego siłę skierowaną w dół od góry.
Jeśli płyn znajduje się w zbiorniku, wówczas można zmierzyć głębokość obiektu umieszczonego w tym płynie. Im głębiej obiekt jest umieszczony w płynie, tym większego ciśnienia doświadcza. Dzieje się tak dlatego, że ciężar płynu znajduje się nad nim. Im gęstszy jest płyn nad nim, tym większe ciśnienie wywierane jest na zanurzony obiekt, ze względu na ciężar płynu.
Wyznaczmy wzór na ciśnienie na obiekt zanurzony w płynie:
Z czego wynika ciśnienie: Ciśnienie = Siła/Powierzchnia
Z czego wynika Siła: Siła = masa x przyspieszenie = m x g (przyspieszenie w grawitacji)
Więc: Ciśnienie = F/A = mg/A
Z Czym jest Gęstość: Gęstość = Masa/Objętość ; Masa= Gęstość x Objętość
Mamy teraz Ciśnienie = (gęstość x objętość x przyspieszenie)/obszar.
Wzór, który daje ciśnienie P na obiekt zanurzony w cieczy to zatem:
P = r * g * h
r (rho) to gęstość cieczy,
g to przyspieszenie ziemskie
h to wysokość cieczy nad obiektem
Ciśnienie wywołane samą cieczą (tj. ciśnienie manometryczne) na danej głębokości zależy tylko od gęstości cieczy, przyspieszenia grawitacyjnego i odległości pod powierzchnią cieczy.
Ciśnienie statyczne cieczy na danej głębokości nie zależy od masy całkowitej, powierzchni lub geometrii zbiornika.
P = r * g * h
Ciśnienie = (gęstość cieczy) x (przyspieszenie grawitacyjne) x (wysokość)
Zobacz bardziej zaawansowane odczyty na temat statycznego ciśnienia cieczy z Georgia State University Physics Dept.
Jeśli pojemnik jest otwarty na atmosferę powyżej, należy dodać ciśnienie atmosferyczne, jeśli chcemy znaleźć całkowite ciśnienie na obiekcie. Ciśnienie na danej głębokości w cieczy statycznej jest wynikiem ciężaru cieczy działającego na jednostkę powierzchni na tej głębokości plus wszelkie ciśnienie działające na powierzchni cieczy.
Ptotal = Patmosfera + Pfluid
Ptotal = Patmosfera + ( r * g * h )
Przykład:
Oznacz ciśnienie panujące na nurku, który znajduje się 10 metrów pod powierzchnią oceanu. Przyjmij standardowe warunki atmosferyczne. Użyj gęstości wody morskiej = 1.03 X 103 kg/m3 i ciśnienia atmosferycznego 1.01 x 105 N/m 2.
Rozwiązanie:
Pfluid = r g h = (1,03 x10 3 kg/m3) (9,8 m/s2) (10 m) = 1,09 x 105 N/m 2.
Ptotal = Patmosfera + Pfluid = (1,01 x 105) + (1,09 x 105) Pa = 2,10 x 105 Pa ( Pascals)