3784502863

Ciśnienie hydrostatyczne. [„Fizyka wokół nas” - P. G. Hewitt]

Jeśli płyniesz pod wodą, czujesz, jak ciśnie ona na bębenki twoich uszu. Im głębiej się znajdujesz, tym większy jest ucisk. Co jest tego przyczyną? To po prostu ciężar wody (lub powietrza) znajdującej się nad tobą. Gdy zanurzysz się dwa razy głębiej, również dwa razy większy jest ciężar wody znajdującej się nad tobą i wywierane przez nią ciśnienie. Do tego dochodzi ciśnienie powietrza atmosferycznego, które przenoszone jest przez wodę i dodaje się do ciśnienia wody. Ciśnienie atmosferyczne przy powierzchni Ziemi jest prawie stałe, dlatego też jego wartość nie zależy od głębokości zanurzenia. Od głębokości zależy jedynie ciśnienie wody. I tylko nim będziemy dalej się zajmować.

Ciśnienie hydrostatyczne zależy nie tylko od głębokości, lecz również od gęstości cieczy. Ciało zanurzone w cieczy o większej gęstości odczuwa większe ciśnienie. Ciśnienie hydrostatyczne jest równe iloczynowi ciężaru właściwego cieczy i głębokości (wysokości): ciśnienie hydrostatyczne = ciężar właściwy x głębokość .

Mówiąc prościej, ciśnienie (hydrostatyczne) wywierane przez ciecz na dno naczynia zależy tylko od ciężaru właściwego i wysokości słupa cieczy. Ciecz dwa razy głębsza wywiera dwa razy większe ciśnienie; trzy razy głębsza wywiera trzy razy większe ciśnienie itd. Podobna proporcjonalna zależność jest między ciśnieniem i gęstością cieczy. Ciecze są praktycznie nieściśliwe, ich objętości nie można zmienić przez zwiększanie ciśnienia. Na każdej głębokości ciecz ma więc taką samą gęstość; niewielkie odchylenia związane są jedynie z różnicami temperatur.

Należy podkreślić, że ciśnienie hydrostatyczne nie zależy od ilości cieczy. Po zanurzeniu głowy na głębokość 1 metra w basenie odczujesz takie samo ciśnienie, jak i po zanurzeniu jej na tą samą głębokość w jeziorze. To samo dotyczy ryb. Ilustruje to rysunek 12.3 przedstawiający szereg naczyń połączonych. Złota rybka przytrzymana na głębokości kilku centymetrów odczuwa takie samo ciśnienie w każdym naczyniu. Gdy ją uwolnimy i gdy zanurzy się nieco głębiej, wtedy odczuje większe ciśnienie, ale również takie samo we wszystkich naczyniach. Największe ciśnienie odczuje na dnie naczynia. Wszystkie naczynia napełnione są do takiej samej wysokości i dlatego ciśnienie panujące na ich dnach jest jednakowe, niezależne od ich kształtu. Gdyby na dnie któregoś z naczyń ciśnienie było większe niż na dnach sąsiednich naczyń, to woda zostałaby z niego wypchnięta na boki i w końcu ciśnienia zrównałyby się. Ale tego się nie obserwuje. Ciśnienie zależy tylko od głębokości cieczy, a nie od jej objętości. Dlatego właśnie woda zawsze dąży do wyrównania poziomów.

Wvrńwnywanie poziomów można na przykładzie ogrodowego który wypełniamy wodą, końce na tej samej Poziom wody w obu końcach jest sam. Jeśli podniesiemy jeden koniec, to na część wody wyleje się nawet wtedy, gdy musi płynąć ku górze. Fakt ten nie był doceniany przez starożytnych Rzymian, którzy wznosili przemyślne akwedukty z wysokimi i okrężnymi trasami, a wszystko po to, by zapewnić ciągły spadek między zbiornikiem ^d\ miastem. Gdyby rury leżały na ziemi, biegnąc wzdłuż naturalnych powierzchni, w niektórych miejscach woda płynęłaby w górę, czego Rzymianie nie mogli pojąć. Dociekliwe eksperymentowanie nie było wówczas w modzie i dlatego przy budowie tych wodociągów wykonano wiele niepotrzebnej pracy niewolniczej.

Inną ciekawą własnością ciśnienia w cieczach jest to, że rozchodzi się ono we wszystkich kierunkach. Jeśli zanurzysz się w wodzie, to na uszy działa taki sam ucisk, niezależnie od ustawienia głowy. Dzięki temu, że woda może płynąć, jej ciśnienie nie musi być skierowane w dół. Można się o tym przekonać, obserwując wodę tryskającą z otworu na