Hvorfor øges vandtrykket med dybde?

Vandtrykket stiger med dybde, fordi vandet op over vejer ned på vandet nedenfor. Tryk kan måles på forskellige måder. Vandtryk kan nemt beregnes med en simpelt ligning, der involverer dybde, massefylde og tyngdekraft.

TL; DR (for længe, ​​ikke læst)

Jo dybere du går ind i vandet, den mere vand er over dig - og vægten af ​​alt det vand, der påfører tryk.

Vandtryk og dybde

Vand, som alle ting på jorden, trækkes nedad af tyngdekraften. Hver vandkrop har en vis vægt, og denne vægt skubber nedad på hvad der er under det. Vandtryk er resultatet af vægten af ​​alt vandet ovenfor, der skubbes ned på vandet nedenfor. Når du går dybere ind i en vandkrop, er der mere vand over, og derfor styrker en større vægt ned. Dette er grunden til, at vandtrykket stiger med dybden. Trykket afhænger kun af dybden og er det samme overalt på en bestemt dybde og i alle retninger.

Pressureenheder

Tryk måles i kraftenheder (såsom pund, lb .) divideret med område (firkantede inches, i ^{2). Andre måder at måle tryk på er også almindelige. En ofte bekvem enhed er atmosfæren, atm, svarende til atmosfærens tryk på havniveau. Traditionelt måles tryk ved hjælp af et barometer, en anordning, hvori en væskekolonne (normalt kviksølv) presses op af lufttrykket udenfor. På grund af dette gives der ofte tryk i enheder af millimeter kviksølv (mm Hg) svarende til forskydningen langs barometerets kolonne.}

Beregning af vandtryk

Beregningen af ​​vandtrykket er meget ligetil. Forestil dig en flad overflade på den dybde, som du vil beregne trykket på. Alt du skal gøre er at finde vægten af ​​alt vandet oven på overfladen, divider det derefter med overfladens overflade.

p = W ÷ A hvor p er tryk, W er vægt og A er område.

Find vægten af ​​et vandkrop

På et tyngdefelt, som f.eks. På Jordens overflade, accelereres alt nedad af Jordens tyngdekraft og giver det vægt. Hvis du kender massen af ​​en genstand, kan du finde vægten ved at gange massen ved acceleration på grund af tyngdekraften. Husk Newtons anden lov: kraft (vægt) svarer til massetid acceleration (tyngdekraft).

Du kan finde massen af ​​en vandmasse ved at gange dens volumen, V, med dens tæthed, r.

m = Vr

Nu for at finde vægten multipliceres den med gravitationsaccelerationen g (ca. 9,80 m /s2 på jordens overflade).

W = gVr

Sæt det hele sammen

Vi har nu alle brikkerne til at finde vandtrykket på en bestemt dybde. Ved at erstatte vores ligning for vægten W i vores oprindelige trykligning får vi:

p = gVr ÷ A

V er vandets volumen over vores forestillede overflade. Husk, volumen er kun længde gange bredde gange højde. Længden gange bredde delen er simpelthen området, A. højden er dybden, d. Så volumenet V kan omskrives som:

V = dA

Ved at erstatte dette i vores trykligning får vi:

p = gdAr ÷ A

Nu kan vi annullere A ud af toppen og bunden for at få:

p = gdr

Tryk er lig med gravitationsaccelerationen, g, gange dybden, d, gange vandtæthed, r. Gravitationsaccelerationen er 9,80 m /s ^ 2, og densiteten af ​​vand er 1 g /cm3 eller 1000 kg /m ^ 3. Ved at indtaste disse tal får vi en endelig ligning på:

p = d (i meter, m) (9,80 m /s ^{2)
(1000 kg /m 3)}