Hvorfor øges vandtrykket med dybden?

Vandtrykket stiger med dybden, fordi vandet op over vejer ned for vandet nedenfor. Tryk kan måles på forskellige måder. Vandtrykket kan let beregnes med en simpel ligning, der involverer dybde, densitet og tyngdekraft.

TL; DR (for lang; læste ikke)

Jo dybere du går i vandet, jo mere vand er over dig - og vægten af alt det vand udøver tryk.
Vandtryk og dybde

Vand, som alle ting på Jorden, trækkes nedad ved hjælp af tyngdekraften. Hver vandmasse har en bestemt vægt, og denne vægt skubber nedad på hvad der er under det. Vandtryk er resultatet af vægten af alt vandet ovenover skubber ned på vandet nedenfor. Når du går dybere ned i en vandmasse, er der mere vand over, og derfor presses en større vægt ned. Dette er grunden til, at vandtrykket stiger med dybden. Trykket afhænger kun af dybden og er det samme hvor som helst på en given dybde og i alle retninger.
Tryk enheder

Tryk måles i kraftenheder (såsom pund, pund) opdelt efter område (kvadrat inches, i ^{2). Andre måder at måle tryk er også almindelige. En ofte praktisk enhed er atmosfæren, atm, lig med atmosfærens tryk ved havoverfladen. Traditionelt måles trykket ved hjælp af et barometer, en anordning, hvori en væskesøjle (kviksølv, typisk) skubbes op af lufttrykket udenfor. På grund af dette gives der ofte tryk i enheder på millimeter kviksølv (mm Hg), svarende til forskydningen langs barometerets søjle.
Beregning af vandtryk}

Beregningen af vandtryk er meget ligetil. Forestil dig en plan overflade i den dybde, som du vil beregne trykket for. Alt hvad du skal gøre er at finde vægten på alt vandet oven på denne overflade og derefter dele det med overfladen.

p \u003d W ÷ A hvor p er tryk, W er vægt og A er et område.
Finde vægten af en vandmasse

I et tyngdefelt, såsom på jordoverfladen, accelereres alt nedad ved jordens tyngdekraft, hvilket giver det vægt. Hvis du kender en objekts masse, kan du finde vægten ved at multiplicere massen med accelerationen på grund af tyngdekraften. Husk Newtons anden lov: kraft (vægt) er lig med massetidens acceleration (tyngdekraft).

Du kan finde massen, m, af et vandmasse ved at multiplicere dens volumen, V, med dens densitet, r.

m \u003d Vr
Nu, for at finde vægten, skal du multiplicere den med gravitationsaccelerationen, g (ca. 9,80 m /s2 ved jordoverfladen).

W \u003d gVr
At sætte det hele sammen -

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

p \u003d gVr ÷ A

V er vandets volumen over vores forestillede overflade. Husk, lydstyrken er bare længde gange bredde gange højde. Længden gange bredden er simpelthen området A. Højden er dybden, d. Så lydstyrken V kan skrives om som:

V \u003d dA

Ved at erstatte dette i vores tryk ligning, får vi:

p \u003d gdAr ÷ A

Nu kan vi annullere A ud fra top og bund for at få:

p \u003d gdr

Trykket er lig med gravitationsaccelerationen, g, gange dybden, d, gange den vandtæthed, r. Tyngdeaccelerationen er 9,80 m /s ^ 2, og densiteten af vand er 1 g /cm ^ 3 eller 1000 kg /m ^ 3. Når man sætter disse tal ind, får vi en endelig ligning af:

p \u003d d (i meter, m) (9,80 m /s ^{2)
(1000 kg /m 3)}