Der Wasserdruck steigt mit der Tiefe, weil das Wasser oben das Wasser unten belastet. Druck kann auf verschiedene Weise gemessen werden. Der Wasserdruck kann leicht mit einer einfachen Gleichung berechnet werden, die Tiefe, Dichte und Schwerkraft umfasst.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Je tiefer Sie ins Wasser eintauchen, desto mehr Wasser befindet sich über Ihnen – und das Gewicht all dieses Wassers übt Druck aus.
Wasserdruck und Tiefe
Wasser wird, wie alles auf der Erde, durch die Schwerkraft nach unten gezogen. Jedes Gewässer hat ein bestimmtes Gewicht, und dieses Gewicht drückt auf alles, was sich darunter befindet. Der Wasserdruck ist das Ergebnis des Gewichts des gesamten Wassers oben, das auf das Wasser unten drückt. Wenn Sie tiefer in ein Gewässer eintauchen, gibt es mehr Wasser darüber und daher drückt ein größeres Gewicht nach unten. Aus diesem Grund nimmt der Wasserdruck mit der Tiefe zu. Der Druck hängt nur von der Tiefe ab und ist überall in einer bestimmten Tiefe und in jeder Richtung gleich.
Druckeinheiten
Der Druck wird in Krafteinheiten (z. B. Pfund, lb.) geteilt durch die Fläche (Quadratzoll, Zoll) gemessen2). Andere Arten der Druckmessung sind ebenfalls üblich. Eine häufig geeignete Einheit ist die Atmosphäre atm, die dem Druck der Atmosphäre auf Meereshöhe entspricht. Traditionell wird der Druck mit einem Barometer gemessen, einem Gerät, bei dem eine Flüssigkeitssäule (typischerweise Quecksilber) durch den Luftdruck von außen nach oben gedrückt wird. Aus diesem Grund wird der Druck oft in Millimeter Quecksilbersäule (mm Hg) angegeben, entsprechend der Verschiebung entlang der Barometersäule.
Berechnung des Wasserdrucks
Die Berechnung des Wasserdrucks ist sehr einfach. Stellen Sie sich eine ebene Fläche in der Tiefe vor, für die Sie den Druck berechnen möchten. Alles, was Sie tun müssen, ist das Gewicht des gesamten Wassers auf dieser Oberfläche zu ermitteln und es dann durch die Fläche der Oberfläche zu teilen.
P=\frac{W}{A}
woPist Druck,Wist Gewicht, undEINist Bereich.
Das Gewicht eines Gewässers ermitteln
In einem Gravitationsfeld, wie zum Beispiel auf der Erdoberfläche, wird alles durch die Erdanziehung nach unten beschleunigt und verleiht ihr Gewicht. Wenn Sie die Masse eines Objekts kennen, können Sie das Gewicht ermitteln, indem Sie die Masse mit der Erdbeschleunigung multiplizieren. Denken Sie an das zweite Newtonsche Gesetz: Kraft (Gewicht) ist gleich Masse mal Beschleunigung (Schwerkraft).
Sie können die Masse m eines Gewässers ermitteln, indem Sie sein Volumen V mit seiner Dichte r multiplizieren.
m=Vr
Um nun das Gewicht zu ermitteln, multiplizieren Sie es mit der Erdbeschleunigung g (ca. 9,80 m/s2 an der Erdoberfläche).
W=gVr
Alles zusammenfügen
Wir haben jetzt alle Teile, um den Wasserdruck in einer bestimmten Tiefe zu finden. Wenn wir unsere Gleichung für das Gewicht W in unsere ursprüngliche Druckgleichung einsetzen, erhalten wir:
P=\frac{gVr}{A}
V ist das Volumen des Wassers über unserer imaginären Oberfläche. Denken Sie daran, Volumen ist nur Länge mal Breite mal Höhe. Der Abschnitt Länge mal Breite ist einfach die Fläche A. Die Höhe ist die Tiefe, d. Das Volumen V kann also umgeschrieben werden als:
V=dA
Setzen wir dies in unsere Druckgleichung ein, erhalten wir:
P=\frac{gdAr}{A}
Jetzt können wir das A oben und unten streichen, um zu erhalten:
P=ddr
Der Druck ist gleich der Erdbeschleunigung, g, mal Tiefe, d, mal Dichte des Wassers, r. Die Erdbeschleunigung beträgt 9,80 m/s^2 und die Dichte von Wasser 1 g/cm^3 oder 1000 kg/m^3. Setzen wir diese Zahlen ein, erhalten wir eine endgültige Gleichung von:
P=(d\text{ in Metern})\times 9,80\times 1000