Wat is Hydrostatische Druk — Vloeistofdruk en Diepte
De lucht om ons heen op zeeniveau drukt met ~14,7 pond per vierkante inch op ons. We voelen deze druk niet omdat de vloeistoffen in ons lichaam met dezelfde kracht naar buiten duwen. Maar als je maar een paar meter de oceaan in zwemt, zul je een verandering merken. Je zult een toename van druk op je trommelvliezen voelen. Dit komt door een toename van de hydrostatische druk, de kracht die een vloeistof per oppervlakte-eenheid op een voorwerp uitoefent. Hoe dieper je onder de zeespiegel gaat, hoe groter de druk die op je wordt uitgeoefend. Voor elke 10,06 meter die je dieper gaat, neemt de druk toe met 14,5 psi (1 bar).
Hydrostatische druk is de druk die door een vloeistof in evenwicht op een gegeven punt in de vloeistof wordt uitgeoefend, als gevolg van de zwaartekracht. De hydrostatische druk neemt evenredig toe met de diepte gemeten vanaf het oppervlak, vanwege het toenemende gewicht van de vloeistof die van bovenaf een neerwaartse kracht uitoefent.
Als een vloeistof zich in een vat bevindt, kan de diepte worden gemeten van een voorwerp dat in die vloeistof is geplaatst. Hoe dieper het voorwerp in de vloeistof wordt geplaatst, hoe meer druk het ondervindt. Dit komt doordat het gewicht van de vloeistof erboven zit. Hoe dichter de vloeistof erboven is, hoe meer druk er wordt uitgeoefend op het voorwerp dat is ondergedompeld, als gevolg van het gewicht van de vloeistof.
Laten we de formule afleiden voor Druk op een voorwerp dat is ondergedompeld in een vloeistof:
Van, wat is druk: Druk = Kracht/Appervlakte
Van, wat is Kracht: Kracht = massa x versnelling = m x g (versnelling in zwaartekracht)
Dus: Druk = F/A = mg/A
Vanuit Wat is Dichtheid: Dichtheid = Massa/Volume ; Massa= Dichtheid x Volume
We hebben nu Druk = (dichtheid x volume x versnelling)/oppervlakte.
De formule die de druk P geeft op een voorwerp ondergedompeld in een vloeistof is dus:
P = r * g * h
r (rho) is de dichtheid van de vloeistof,
g is de versnelling van de zwaartekracht
h is de hoogte van de vloeistof boven het voorwerp
De druk door de vloeistof alleen (d.w.z. de overdruk) op een bepaalde diepte hangt alleen af van de dichtheid van de vloeistof, de versnelling van de zwaartekracht en de afstand onder het vloeistofoppervlak.
De statische vloeistofdruk op een bepaalde diepte hangt niet af van de totale massa, de oppervlakte of de geometrie van het vat.
P = r * g * h
Druk = (dichtheid van vloeistof) x (versnelling zwaartekracht) x (hoogte)
Zie meer gevorderde lezingen over Statische vloeistofdruk van Georgia State University Physics Dept.
Als de container open is naar de atmosfeer erboven, moet de toegevoegde atmosferische druk worden opgeteld als men de totale druk op een voorwerp wil vinden. De druk op een gegeven diepte in een statische vloeistof is het resultaat van het gewicht van de vloeistof dat op die diepte op een oppervlakte-eenheid werkt, plus de druk die op het oppervlak van de vloeistof werkt.
Totaal = Patmosfeer + Vloeistof
Ptotaal = Patmosfeer + ( r * g * h )
Voorbeeld:
Bepaal de druk op een duiker die zich 10 meter onder het oppervlak van de oceaan bevindt. Ga uit van standaard atmosferische omstandigheden. Gebruik de dichtheid van zeewater = 1,03 X 103 kg/m3 en de atmosferische druk van 1,01 x 105 N/m 2.
Oplossing:
Pfluid = r g h = (1,03 x10 3 kg/m3) (9,8 m/s2) (10 m) = 1,09 x 105 N/m 2.
Ptotaal = Patmosfeer + Pfluid = (1,01 x 105) + (1,09 x 105) Pa = 2,10 x 105 Pa ( Pascals)