ทำไมแรงดันน้ำจึงเพิ่มขึ้นตามความลึก?

แรงดันน้ำจะเพิ่มขึ้นตามระดับความลึก เนื่องจากน้ำที่อยู่ด้านบนจะกดทับบนน้ำที่อยู่ด้านล่าง สามารถวัดความดันได้หลายวิธี สามารถคำนวณแรงดันน้ำได้อย่างง่ายดายด้วยสมการง่ายๆ ที่เกี่ยวข้องกับความลึก ความหนาแน่น และแรงโน้มถ่วง

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

ยิ่งคุณลงไปในน้ำลึกเท่าใด น้ำก็จะยิ่งอยู่เหนือคุณมากขึ้นเท่านั้น และน้ำหนักของน้ำทั้งหมดก็จะยิ่งกดดัน

น้ำ เช่นเดียวกับทุกสิ่งบนโลก ถูกแรงโน้มถ่วงดึงลงมา แหล่งน้ำทุกแห่งมีน้ำหนักที่แน่นอน และน้ำหนักนี้ผลักลงไปที่สิ่งที่อยู่ด้านล่าง แรงดันน้ำเป็นผลมาจากน้ำหนักของน้ำด้านบนทั้งหมดกดลงบนน้ำที่อยู่ด้านล่าง ในขณะที่คุณดำดิ่งลงไปในแหล่งน้ำ จะมีน้ำอยู่เบื้องบนมากขึ้น ดังนั้นจึงทำให้น้ำหนักลดลง นี่คือเหตุผลที่แรงดันน้ำเพิ่มขึ้นตามความลึก ความดันขึ้นอยู่กับความลึกเท่านั้น และจะเท่ากันทุกที่ในระดับความลึกที่กำหนดและในทุกทิศทาง

ความดันวัดเป็นหน่วยของแรง (เช่น ปอนด์, ปอนด์) หารด้วยพื้นที่ (ตารางนิ้ว, in²). วิธีอื่นในการวัดความดันก็เป็นเรื่องปกติเช่นกัน หน่วยที่สะดวกมักจะเป็นบรรยากาศ atm เท่ากับความดันของบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเล ตามเนื้อผ้า ความดันถูกวัดโดยใช้บารอมิเตอร์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่คอลัมน์ของของเหลว (โดยทั่วไปคือปรอท) ถูกดันขึ้นโดยแรงดันอากาศภายนอก ด้วยเหตุนี้ ความดันจึงมักจะได้รับในหน่วยมิลลิเมตรของปรอท (มม. ปรอท) ซึ่งสอดคล้องกับการกระจัดตามคอลัมน์ของบารอมิเตอร์

การคำนวณแรงดันน้ำนั้นตรงไปตรงมามาก ลองนึกภาพพื้นผิวเรียบที่ระดับความลึกที่คุณต้องการคำนวณความดัน สิ่งที่คุณต้องทำคือหาน้ำหนักของน้ำทั้งหมดที่อยู่บนผิวน้ำนั้น แล้วหารมันด้วยพื้นที่ของผิวน้ำ

ที่ไหนพีคือความกดดันWคือน้ำหนักและอาเป็นพื้นที่

ในสนามโน้มถ่วง เช่น บนพื้นผิวโลก ทุกสิ่งทุกอย่างถูกเร่งให้ต่ำลงด้วยแรงโน้มถ่วงของโลก ทำให้มีน้ำหนัก หากคุณทราบมวลของวัตถุ คุณสามารถหาน้ำหนักได้โดยการคูณมวลด้วยความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง จำกฎข้อที่สองของนิวตัน: แรง (น้ำหนัก) เท่ากับมวลคูณความเร่ง (แรงโน้มถ่วง)

คุณสามารถหามวล m ของน้ำได้โดยการคูณปริมาตรของมัน V ด้วยความหนาแน่น r

ตอนนี้เรามีชิ้นส่วนทั้งหมดเพื่อค้นหาแรงดันน้ำที่ระดับความลึกหนึ่ง แทนที่สมการน้ำหนัก W ลงในสมการความดันเดิม เราจะได้:

V คือปริมาตรของน้ำที่อยู่เหนือพื้นผิวที่เราจินตนาการไว้ จำไว้ว่าปริมาตรเป็นเพียงความยาวคูณความกว้างคูณความสูง ส่วนความยาวคูณความกว้างเป็นเพียงพื้นที่ A. ความสูงคือความลึก d. ดังนั้น โวลุ่ม V สามารถเขียนใหม่ได้ดังนี้:

แทนที่สิ่งนี้ลงในสมการความดัน เราจะได้:

ตอนนี้เราสามารถยกเลิก A จากด้านบนและด้านล่างเพื่อรับ:

ความดันเท่ากับความเร่งโน้มถ่วง g คูณความลึก d คูณความหนาแน่นของน้ำ r ความเร่งโน้มถ่วงคือ 9.80 m/s^2 และความหนาแน่นของน้ำคือ 1 g/cm^3 หรือ 1000 kg/m^3 เมื่อใส่ตัวเลขเหล่านี้เข้าไป เราจะได้สมการสุดท้ายของ: