Podstawowe pojęcia hydrostatyki

Zacznijmy od tego, co dzieje się, gdy stawiasz kubek na stole. Twój kubek wywiera nacisk - siłę działającą prostopadle na powierzchnię stołu. W przypadku płynów mówimy o parciu - to siły nacisku, którymi ciecze i gazy działają na ścianki naczynia.

Gdy chcemy porównać różne naciski, używamy pojęcia ciśnienia. Ciśnienie to wartość siły nacisku przypadająca na jednostkę powierzchni. Możemy je obliczyć ze wzoru: p = F/S, gdzie F to siła nacisku, a S to powierzchnia.

Ciśnienie hydrostatyczne jest wywoływane przez ciężar słupa cieczy i rośnie wraz z głębokością. Od czego zależy ciśnienie hydrostatyczne? Zależy ono od gęstości cieczy, przyspieszenia ziemskiego i głębokości zanurzenia. Wzór na ciśnienie hydrostatyczne to: p = d·g·h, gdzie d to gęstość cieczy, g to przyspieszenie ziemskie, a h to głębokość.

💡 Ciekawostka: Dlatego właśnie nurkowie odczuwają coraz większy nacisk na uszy i zatoki, gdy zanurzają się głębiej pod wodę. Na każde 10 metrów głębokości ciśnienie wzrasta o około 1 atmosferę!

Prawa hydrostatyki i warunki pływania ciał

Podobnie jak w przypadku wody, powietrze także wywiera ciśnienie. Ciśnienie atmosferyczne jest wywierane przez masy powietrza na wszystkie ciała znajdujące się w atmosferze i zależy od wysokości słupa powietrza.

Prawo Pascala mówi, że ciśnienie wywierane z zewnątrz na ciecz lub gaz powoduje jednakowy wzrost ciśnienia w całej objętości cieczy lub gazu. Dzięki temu prawu działają hamulce hydrauliczne w samochodach i podnośniki hydrauliczne.

Każdy, kto kiedykolwiek pływał, doświadczył działania prawa Archimedesa. Jak brzmi prawo Archimedesa? Mówi ono, że na ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu skierowana ku górze, równa ciężarowi wypartej cieczy. Wzór na prawo Archimedesa to: Fw = d·g·V, gdzie Fw to siła wyporu, d to gęstość cieczy, g to przyspieszenie ziemskie, a V to objętość zanurzonej części ciała.

Z prawa Archimedesa wynikają warunki pływania ciał. Jeśli siła wyporu jest większa od ciężaru ciała, to ciało pływa. Gdy jest mniejsza - ciało tonie. A jeśli siła wyporu równa się ciężarowi ciała, to ciało pozostaje w równowadze na dowolnej głębokości. Zastosowanie prawa Archimedesa w życiu codziennym obejmuje m.in. projektowanie statków i balonów.

🔍 Warto wiedzieć: Ludzie łatwiej pływają w wodzie morskiej niż w słodkiej właśnie przez prawo Archimedesa. Woda morska ma większą gęstość przez zawartość soli, więc wytwarza większą siłę wyporu!