Na ciśnienie hydrostatyczne wody może wpływać wiele czynników. Kształt cieczy, gęstość cieczy, lokalna grawitacja, wpływ pływających obiektów i prawo Pascala – wszystkie te czynniki wchodzą w grę.
Spis treści
Prawo Pascala
Prawo Pascala to zasada, która mówi, że ciśnienie przyłożone w dowolnym punkcie statycznej cieczy rozkłada się jednakowo we wszystkich kierunkach. Znane jest również jako zasada przenoszenia ciśnienia płynu.
To prawo jest ważne w hydraulice. Systemy hydrauliczne są stosowane we wszystkich typach nowoczesnych maszyn i urządzeń. Służą do podnoszenia i transportowania płynów. Na przykład w hamulcu hydraulicznym ciśnienie płynu jest przenoszone na tłok, który porusza hamulce. Podobnie w prasie hydraulicznej siła jest przenoszona na tłok.
Prawo to zostało odkryte przez francuskiego matematyka i fizyka Blaise’a Pascala. Przeprowadził on eksperyment, który zademonstrował tę zasadę. Jego wyniki pokazały, że ciśnienie wywierane na pojemnik z wodą było przenoszone na wszystkie części płynu.
Kształt pojemnika z płynem
Ciśnienie hydrostatyczne to siła wywierana na płyn przez opadającą siłę grawitacji. Działa ona jednakowo we wszystkich kierunkach. Ciśnienie cieczy na danej głębokości oblicza się, mnożąc ciśnienie atmosferyczne na powierzchni przez gęstość cieczy.
Na ciśnienie hydrostatyczne nie ma wpływu kształt naczynia, chociaż objętość cieczy może się zmieniać. Jeśli naczynie ma kształt lejka, woda w nim będzie ważyć więcej. Jeżeli jednak jest to naczynie okrągłe lub kuliste, masa wody w środku będzie mniejsza.
W naczyniu w kształcie lejka ciecz jest przytrzymywana przez ścianki i nie ma możliwości swobodnego przepływu. Przykładem naczynia kulistego lub lejkowatego jest również rura lub zbiornik.
Gęstość cieczy
Ciśnienie hydrostatyczne to rodzaj ciśnienia wywieranego przez ciecz w stanie spoczynku. Można je zmierzyć za pomocą prostego manometru. Odczyt ciśnienia hydrostatycznego pozostanie taki sam niezależnie od zmian gęstości cieczy. Ogólnie rzecz biorąc, im większa gęstość cieczy, tym wyższe będzie ciśnienie.
Na przykład gęstość wody w temperaturze 4 stopni C wynosi blisko 1000 kg na m3. Ciśnienie cieczy jest proporcjonalne do głębokości od powierzchni cieczy. Wraz ze wzrostem głębokości ciśnienie rośnie liniowo.
Należy pamiętać, że na ciśnienie hydrostatyczne cieczy nie ma wpływu kształt zbiornika. Nie ma na nie wpływu również pole przekroju poprzecznego słupa cieczy.
Grawitacja miejscowa
Grawitacja miejscowa cieczy może wpływać na jej właściwości hydrostatyczne. Może się zmieniać w zależności od wysokości nad poziomem morza i położenia równoleżnikowego. Ponadto wpływa na nią temperatura i gęstość płynu.
Jeśli znana jest grawitacja miejscowa, można obliczyć ciśnienie, jakie wywiera płyn na danej głębokości. Stosuje się kilka metod. Niektóre są asymptotyczne, inne bardziej dokładne.
Ciśnienie hydrostatyczne jest definiowane jako siła na jednostkę powierzchni wywierana przez ciecz w danym punkcie. Siła ta zależy od gęstości cieczy i położenia powierzchni nad cieczą. Kiedy ciśnienie jest równe masie cieczy, jej gęstość jest taka sama. Jednak gdy ciśnienie jest mniejsze niż masa płynu, gęstość wzrasta.
Wpływ pływających obiektów
Wpływ pływających obiektów na ciśnienie hydrostatyczne jest ważny zarówno dla nauki, jak i techniki. Niniejszy przegląd przedstawia najnowsze badania w tej dziedzinie. Omówiono również zastosowanie tych odkryć w innych dziedzinach.
Po pierwsze, warto zauważyć, że aby obiekt mógł unosić się na wodzie, musi mieć mniejszą gęstość niż woda. Na przykład góra lodowa wymaga pewnej siły wyporu, aby unosić się na wodzie. Zdolność do unoszenia się na wodzie zależy od wielu czynników, takich jak kształt, rozmiar i gęstość obiektu.
Po drugie, ważna jest ilość i rodzaj materiału, ponieważ każdy z nich wpływa na siłę ciężkości. Wreszcie ważny jest kształt obiektu i jego bliskość do interfejsu. W badaniu przeprowadzonym przez Tsai et al. (2013) stwierdzono, że powlekane kulki unoszą się na powierzchni dzięki dużej powierzchni.
