แรงดันอุทกสถิต: ความหมาย สูตร หลักการ ปัญหาตัวอย่าง

ความดันเกิดขึ้นเนื่องจากแรงบนพื้นที่หนึ่งเช่นเดียวกับความดันในของเหลวในบทความ คราวนี้เราจะมาพูดถึงว่าความดันในของเหลวหรือที่เรียกว่าความดัน อุทกสถิต

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับความดันอุทกสถิต

แรงดันอุทกสถิตคือแรงดันที่ของเหลวกระทำในทุกทิศทางต่อวัตถุเนื่องจากแรงโน้มถ่วง

ความดันประเภทนี้จะเพิ่มขึ้นตามเวลาที่เพิ่มขึ้นความลึกที่วัดจากทิศทางของพื้นผิวของของเหลว

สิ่งที่คุณต้องใส่ใจกับความดันนี้คือความหนาแน่นของของเหลวที่สัมผัสกับวัตถุ

ตัวอย่างที่มักใช้คือน้ำและน้ำมัน น้ำมีความหนาแน่น 1 g/cm² หรือ 1,000 กก./ลบ.ม² และความหนาแน่นของน้ำมัน 0.8 g/cm² หรือ 800 กก./ลบ.ม².

เป็นผลมาจากแรงโน้มถ่วงที่น้ำหนักของอนุภาคน้ำจะกดอนุภาคภายใต้นั้นต่างๆ อนุภาคน้ำด้านล่างจะกดทับกันที่ด้านล่างของน้ำเพื่อให้ความดันด้านล่างจะมากกว่า ความดันสูงสุด

ยิ่งเราดำดิ่งลงสู่ผิวน้ำยิ่งมีปริมาณน้ำมากขึ้น เหนือเราด้วยผิวน้ำเพื่อให้แรงดันที่น้ำออกสู่ร่างกายของเราจะเพิ่มขึ้นด้วย ใหญ่.

คุณสมบัติแรงดันอุทกสถิต

ความดันไฮโดรสแตติกมีคุณสมบัติหลายประการ ได้แก่ :

• ยิ่งจุดที่ลึกมาจากพื้นผิวของของเหลว ความดันอุทกสถิตก็จะยิ่งสูงขึ้น
• ความดันของของเหลวในทุกทิศทางเท่ากัน
• แรงดันไฮโดรสแตติกจะขึ้นอยู่กับความลึก ความหนาแน่นของของเหลว และความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง
• ไม่ขึ้นกับรูปทรงของภาชนะ

สูตรแรงดันอุทกสถิต

แรงดันไฮโดรสแตติกนี้ไม่สามารถได้รับอิทธิพลจากมวลหรือน้ำหนักของน้ำ พื้นที่ผิวของน้ำ หรือรูปร่างของถังเก็บน้ำ และแรงดันนี้จะกดไปทุกทิศทาง

หน่วยของความดันคือ นิวตัน ต่อตารางเมตร (N/m²) / ปาสกาล (ปาสกาล).

สูตรต่อไปนี้ใช้ในการหาความดันไฮโดรสแตติก กล่าวคือ:

Ph = gh

ข้อมูล:

• พี_{ชั่วโมง:} แรงดันอุทกสถิต (N/m² หรือ Pa) >> 1 atm = 1 Pa
• : ความหนาแน่น (กม./ม.³)
• g: แรงโน้มถ่วง (m/s²)
• h: ความลึกของวัตถุจากพื้นผิวของของเหลว (m)
• พี_{ชั่วโมง :} gh + P
• P: ความกดอากาศภายนอก (1 atm / 76 cm Hg)

ยิ่งระยะห่างจากจุดวัดไปยังทิศทางของผิวน้ำมากเท่าใด แรงดันอุทกสถิตที่จุดนั้นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ซึ่งสามารถเห็นได้จากภาพด้านล่างซึ่งแสดงระดับน้ำที่มากขึ้น ความดันอุทกสถิตที่ด้านล่างของภาชนะก็จะยิ่งมากขึ้น

จะทำให้น้ำพุ่งเข้าไปในภาชนะด้านขวามากขึ้นเนื่องจากแรงดันจะสูงกว่าถังด้านซ้าย

สูตรข้างต้นใช้เป็นเครื่องมือในการหาค่าความดันอุทกสถิตบนภาชนะปิด be (เช่น แรงดันน้ำ ณ จุดใดจุดหนึ่งในขวดปิด ถังเก็บน้ำ หรือกระบอกน้ำที่ ปิด).

เพื่อให้สามารถคำนวณแรงดันรวมที่มีอยู่ ณ จุดใต้ผิวน้ำในที่โล่งได้ เช่น ทะเลสาบและทะเลหรือภาชนะที่มีภาชนะเปิดอยู่นั้นจะต้องมีความดันบรรยากาศภายในเพิ่มขึ้นอย่างมาก การคำนวณ

ดังนั้นความดันไฮโดรสแตติกทั้งหมดในสถานะเปิดจึงเท่ากับแรงดันไฮโดรสแตติกของน้ำ ที่จุดนั้นแต่เพิ่มด้วยปริมาณแรงดันที่กระทำต่อผิวน้ำซึ่งกำหนดสูตรไว้ ด้วย:

พี_รวม = ป_{พลังน้ำ} + พี่_ATM
พี_รวม= gh + P_ATM

ข้อมูล:

พี_ATM  คือ ความกดอากาศ (ความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเล P is_ATM = 1,01×10⁵ปะ).

ความดันของของเหลวมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับ กฎของอาร์คิมิดีส & กฎของปาสกาล.

หลักการของแรงดันอุทกสถิต

เพื่อให้เข้าใจหลักการของสูตรสำหรับแรงดันอุทกสถิตได้ดีขึ้น ให้พิจารณาภาพด้านล่าง:

ข้อมูล:

• ความดันรวมที่นักตกปลาได้รับจะเท่ากับความดันบรรยากาศ (หากได้รับความดันบรรยากาศตลอดเวลา) ดังนั้น พี₁ = พี_ATM
• ความดันรวมที่นักประดาน้ำถังสีเหลืองได้รับจะเท่ากับความดันบรรยากาศบวกกับความดันอุทกสถิตที่ความลึก h2 จนกระทั่ง พี₂ = gh₂+ พี_ATM
• ความดันรวมที่นักประดาน้ำถังสีแดงได้รับจะเท่ากับความดันบรรยากาศบวกกับความดันอุทกสถิตที่ระดับความลึก h3 จนกระทั่ง พี₃ = gh₃+ พี_ATM

เพราะเ₃ > ห่า₂, เพื่อให้พี่₃ > ป_2.

ตัวอย่างแรงดันอุทกสถิต

ต่อไปนี้คือตัวอย่างบางส่วนของแรงดันไฮโดรสแตติกที่มีอยู่ในชีวิตประจำวัน ได้แก่:

1. รูระบายน้ำสำหรับอ่างเก็บน้ำถูกติดตั้งไว้ที่ด้านล่างของอ่างเก็บน้ำเพื่อให้น้ำและสิ่งสกปรกในอ่างเก็บน้ำไหลออกมาอย่างราบรื่น
2. ด้านล่างของอ่างน้ำมีความหนามากกว่าด้านบนเพื่อทนต่อแรงดันน้ำขนาดใหญ่ที่ด้านล่าง
3. ส่วนล่างของเขื่อนจะหนากว่าส่วนบนเพื่อรองรับแรงดันน้ำที่อยู่ด้านล่างสูง
4. เมื่อว่ายน้ำลึกนักประดาน้ำจะรู้สึกเจ็บหู นั่นเป็นเพราะว่ายิ่งเราดำน้ำลึกเท่าไหร่ ความกดดันก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
5. ในการให้ยา ต้องใส่ยาลงในส่วนของร่างกายที่มีความดันโลหิตต่ำกว่าความดันในการฉีดเพื่อให้ของเหลวที่แช่สามารถไหลเข้าสู่ร่างกายของผู้ป่วยได้ ถ้าความดันโลหิตมากกว่าความดันในการฉีด เลือดจะไหลผ่านท่อแช่ไปยังถุงแช่
6. รูปร่างของเรือดำน้ำนั้นทำขึ้นเหมือนรูปร่างของตอร์ปิโดเพื่อทนต่อแรงดันอุทกสถิตในทะเล

ตัวอย่างปัญหา

เพื่อให้คุณเข้าใจคำอธิบายต่างๆ ข้างต้นได้ง่ายขึ้น เราจึงนำเสนอตัวอย่างบางส่วนของแรงดันไฮโดรสแตติกและคำอธิบาย ซึ่งรวมถึง: