De waterdruk neemt toe met de diepte omdat het water erboven op het water eronder drukt. Druk kan op verschillende manieren worden gemeten. Waterdruk kan eenvoudig worden berekend met een eenvoudige vergelijking met diepte, dichtheid en zwaartekracht.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Hoe dieper je het water in gaat, hoe meer water er boven je is -- en het gewicht van al dat water oefent druk uit.
Waterdruk en diepte
Water wordt, net als alle dingen op aarde, door de zwaartekracht naar beneden getrokken. Elk waterlichaam heeft een bepaald gewicht, en dit gewicht duwt naar beneden op alles wat eronder is. Waterdruk is het resultaat van het gewicht van al het water erboven dat op het water eronder drukt. Naarmate je dieper een waterlichaam ingaat, is er meer water boven, en dus een groter gewicht dat naar beneden duwt. Dit is de reden waarom de waterdruk toeneemt met de diepte. De druk hangt alleen af van de diepte en is overal op een bepaalde diepte en in elke richting hetzelfde.
Eenheden van druk
Druk wordt gemeten in eenheden van kracht (zoals ponden, lb.) gedeeld door het gebied (vierkante inch, in2). Andere manieren om druk te meten zijn ook gebruikelijk. Een vaak handige eenheid is de atmosfeer, atm, gelijk aan de druk van de atmosfeer op zeeniveau. Traditioneel wordt de druk gemeten met behulp van een barometer, een apparaat waarin een vloeistofkolom (meestal kwik) omhoog wordt geduwd door de luchtdruk buiten. Daarom wordt druk vaak gegeven in eenheden van millimeters kwik (mm Hg), wat overeenkomt met de verplaatsing langs de kolom van de barometer.
Waterdruk berekenen
De berekening van de waterdruk is heel eenvoudig. Stel je een plat oppervlak voor op de diepte waarvoor je de druk wilt berekenen. Het enige wat u hoeft te doen is het gewicht van al het water op dat oppervlak te vinden en het vervolgens te delen door het oppervlak van het oppervlak.
P=\frac{W}{A}
waarPis druk,Wis gewicht, enEENis gebied.
Het gewicht van een waterlichaam vinden
In een zwaartekrachtveld, zoals op het aardoppervlak, wordt alles naar beneden versneld door de zwaartekracht van de aarde, waardoor het gewicht krijgt. Als je de massa van een voorwerp kent, kun je het gewicht vinden door de massa te vermenigvuldigen met de versnelling als gevolg van de zwaartekracht. Denk aan de tweede wet van Newton: kracht (gewicht) is gelijk aan massa maal versnelling (zwaartekracht).
Je kunt de massa, m, van een watermassa vinden door het volume, V, te vermenigvuldigen met de dichtheid, r.
m=Vr
Om nu het gewicht te vinden, vermenigvuldigt u het met de zwaartekrachtversnelling, g (ongeveer 9,80 m/s2 aan het aardoppervlak).
W=gVr
Alles bij elkaar zetten
We hebben nu alle stukjes om de waterdruk op een bepaalde diepte te vinden. Als we onze vergelijking voor het gewicht, W, in onze oorspronkelijke drukvergelijking substitueren, krijgen we:
P=\frac{gVr}{A}
V is het volume van het water boven ons denkbeeldige oppervlak. Onthoud dat volume slechts lengte maal breedte maal hoogte is. Het lengte maal breedte gedeelte is gewoon het gebied, A. De hoogte is de diepte, d. Het volume V kan dus worden herschreven als:
V=dA
Als we dit in onze drukvergelijking invullen, krijgen we:
P=\frac{gdAr}{A}
Nu kunnen we de A uit de boven- en onderkant annuleren om te krijgen:
P=gdr
Druk is gelijk aan de zwaartekrachtversnelling, g, maal de diepte, d, maal de dichtheid van water, r. De zwaartekrachtversnelling is 9,80 m/s^2, en de dichtheid van water is 1 g/cm^3, oftewel 1000 kg/m^3. Als we deze getallen invoeren, krijgen we een laatste vergelijking van:
P=(d\text{ in meters})\times 9.80\times 1000