Hydrostatický tlak - definícia, vzorce, príkladné problémy

Vzorec pre hydrostatický tlak je P = ρgh, toto uvádza, že čím väčšia je vzdialenosť medzi bodom merania a vodnou hladinou, tým väčší je hydrostatický tlak v danom bode.

Hydrostatický tlak je tlak vyvíjaný kvapalinou na predmet vo všetkých smeroch v dôsledku gravitačnej sily. Hydrostatický tlak bude stúpať s rastúcou hĺbkou, ktorá sa meria od povrchu kvapaliny.

Pri hydrostatickom tlaku je potrebné brať do úvahy hustotu kvapaliny, ktorá zasiahne objekt. Príklady, ktoré sa často používajú, sú voda a olej. Voda má hustotu 1 g / cm2 alebo 1 000 kg / m2 a hustotu 0,8 g / cm2 alebo 800 kg / m2 oleja.

Vďaka gravitačnej sile bude hmotnosť častíc vody tlačiť na častice dole, potom častice vody dole budú na seba tlačiť na dno vody tak, že tlak dole bude väčší ako horný tlak.

Čím hlbšie sa ponoríme z povrchu vody, tým väčší objem vody je nad nami s vodnou hladinou, takže tlak, ktorý voda vyvíja na naše telá (hydrostatický tlak), bude ešte väčší.

Vzorec hydrostatického tlaku

Hydrostatický tlak nie je ovplyvnený hmotnosťou vody, povrchovou plochou vody ani tvarom vodnej nádoby. Hydrostatický tlak tlačí do všetkých strán. Jednotkou tlaku je Newton na meter štvorcový (N / m2) alebo Pascal (Pa).

Vzorec hydrostatického tlaku je:

Ph = ρgh

• P_h = Hydrostatický tlak (N / m2 alebo Pa) >> 1 atm = 1 Pa
• ρ = hustota (km / m3)
• g = gravitačná sila (m / s2)
• h = hĺbka predmetu od povrchu kvapaliny (m)
• P_h = ρgh + P
• P = Tlak vonkajšieho vzduchu (1 atm alebo 76 cm Hg)

Čím väčšia je vzdialenosť medzi bodom merania a vodnou hladinou, tým väčší je hydrostatický tlak v danom bode. To je vidieť na obrázku nižšie, kde čím vyššia je hladina vody, tým väčší je hydrostatický tlak na dne nádoby.

Vďaka tomu bude voda ďalej prúdiť v nádobe na pravej strane, pretože tlak je vyšší ako v nádobe na ľavej strane.

Vyššie uvedený vzorec pre hydrostatický tlak sa používa na zistenie hodnoty hydrostatického tlaku v uzavretej nádobe (napríklad: tlak v určitom bode na vodu v uzavretej fľaši, vodnej nádrži alebo uzavretom vodnom bare).

Na výpočet celkového tlaku v bode pod vodnou hladinou v otvorených priestoroch, ako sú jazerá a moria, a vo všetkých otvorených nádobách / nádobách je potrebné k výpočtu pridať množstvo atmosférického tlaku.

Celkový hydrostatický tlak za otvorených podmienok sa teda rovná hydrostatickému tlaku vody v danom bode plus množstvo tlaku pôsobiaceho na vodnú hladinu, ktoré je formulované takto:

Kde P_Bankomat je atmosférický tlak (atmosférický tlak na hladine mora rovný P_Bankomat = 1,01×105Pa)

Princíp vzorca hydrostatického tlaku

Pre lepšie pochopenie princípu vzorca hydrostatického tlaku zvážte nasledujúcu ilustráciu.

• Celkový tlak prijatý rybárom sa rovná atmosférickému tlaku (ak kedykoľvek prijíma atmosférický tlak), takže P₁ = P_Bankomat
• Celkový tlak, ktorý dostane potápač so žltou plachtou, je atmosférický tlak plus hydrostatický tlak v hĺbke h2, takže P₂ = ρgh₂+ P_Bankomat
• Celkový tlak prijatý potápačom s červenou čiarou je atmosférický tlak plus hydrostatický tlak v hĺbke h3, takže P₃ = ρgh₃+ P_Bankomat

Pretože h₃ > h₂, potom P₃ > Str₂

Príklady problémov s hydrostatickým tlakom

Príklad úlohy 1

Ryba pláva v akváriu. Ryba sa nachádza 50 cm od povrchu akvária. Aký hydrostatický tlak dostávajú ryby?

(hustota vody = 1 000 kg / m3 a gravitačné zrýchlenie 10 m / s2)

Vysporiadanie:

Je známe :

• v = 50 cm = 0,5 m
• ρ = 1 000 kg / m3
• g = 10 m / s2

Spýtal sa : Ph?

Odpoveď:

• Ph = ρ.g.h

  Ph = 1 000 x 10 x 0,5

  Ph = 5 000 Pa.

Hydrostatický tlak, ktorý ryba dostane, je teda 5 000 pascalov.

Príklad úlohy 2

Potápač robí potápanie v hĺbke 10 m pod hladinou vody. Ak je hustota vody 1 000 kg / m3 a gravitačné zrýchlenie 10 m / s2, nájdite a určte hydrostatický tlak, ktorý potápač zažíva!

Vysporiadanie:

Je známe :

• v = 10 m
• ρ = 1 000 kg / m3
• g = 10 m / s2

Spýtal sa ? =…..?

Odpoveď:

• P = ρ. g. h
• P = 1 000. 10. 10
• P = 100 000 N / m2

Takže zaznamenaný hydrostatický tlak je 100 000 N / m2

Príklad úlohy 3

Ryba je vo vodnom kúpeli ako na nasledujúcom obrázku:

Ak je hustota vody 1 000 kg / m3 a gravitačné zrýchlenie 10 N / kg, hydrostatický tlak prijatý rybou je…?

A. 6 000 N / m2

B. 8 000 N / m2

C. 10 000 N / m2

D. 14 000 N / m2

Vysporiadanie:

Pamätajte! Hĺbka sa meria od povrchu kvapaliny.

Je známe :

Nájdenie hĺbky (h)

v = 140 cm - 60 cm = 80 cm = 0,8 cm

Otázka: Hydrostatický tlak (Ph)?

Odpoveď:

• PH = ρ g h

  = 1 000 X 10 X 0,8

  PH = 8 000 N / m2

Odpoveď: B

Príklad úlohy 4

Atmosférický tlak morskej hladiny je 1,01 x 105 Pa. prečo necítime atmosférický tlak, ktorý tlačí na naše telá?

a) Gravitačná sila neguje pocit tlaku

b) Od narodenia sme si zvykli na atmosférický tlak

c) Tekutiny v našom tele vytláčajú z tela rovnakou silou

d) Množstvo atmosférického tlaku sa považuje za nulové v dôsledku gravitácie

Vysporiadanie:

Správna odpoveď je C.

Krv a tekutiny v ľudskom tele vyvíjajú tlak rovný atmosférickému tlaku mimo tela. Pretože tlak, ktorý tlačí v tele smerom von, je rovnaký ako tlak atmosférický, ktorý tlačí na telo, necítime žiadny tlak atmosférický, ktorý tlačí na naše telo

Toto je vysvetlenie vzorca pre hydrostatický tlak a príklad použitia vzorca. Môže byť užitočné.