Warum steigt der Wasserdruck mit der Tiefe?

Der Wasserdruck steigt mit der Tiefe, weil das Wasser oben auf dem darunter liegenden Wasser lastet. Druck kann auf verschiedene Arten gemessen werden. Der Wasserdruck kann einfach mit einer einfachen Gleichung aus Tiefe, Dichte und Schwerkraft berechnet werden.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Je tiefer du ins Wasser gehst, desto mehr Wasser ist ĂŒber dir - und das Gewicht all dieses Wassers ĂŒbt Druck aus.

Wasserdruck und Tiefe

Wasser wird, wie alle Dinge auf der Erde, durch die Schwerkraft nach unten gezogen. Jedes Wasser hat ein gewisses Gewicht und dieses Gewicht drĂŒckt auf das, was darunter ist. Der Wasserdruck ist das Ergebnis des gesamten Wassers, das oben auf das darunter liegende Wasser drĂŒckt. Wenn du tiefer in ein GewĂ€sser gehst, gibt es mehr Wasser darĂŒber und daher ein grĂ¶ĂŸeres Gewicht, das nach unten drĂŒckt. Dies ist der Grund, warum der Wasserdruck mit der Tiefe zunimmt. Der Druck hĂ€ngt nur von der Tiefe ab und ist ĂŒberall in einer bestimmten Tiefe und in jeder Richtung gleich.

Einheiten des Drucks

Druck wird in Einheiten von Kraft (wie Pfund, Pfund) geteilt durch FlĂ€che (Quadratzoll, Zoll) gemessen2). Andere Arten der Druckmessung sind ebenfalls ĂŒblich. Eine oft gĂŒnstige Einheit ist die AtmosphĂ€re, atm, gleich dem Druck der AtmosphĂ€re auf Meereshöhe. Herkömmlicherweise wird Druck unter Verwendung eines Barometers gemessen, einer Vorrichtung, in der eine FlĂŒssigkeitssĂ€ule (typischerweise Quecksilber) durch den Luftdruck nach außen gedrĂŒckt wird. Aus diesem Grund wird der Druck oft in Einheiten von Millimeter QuecksilbersĂ€ule (mm Hg) angegeben, was der Verschiebung entlang der SĂ€ule des Barometers entspricht.

Berechnung des Wasserdrucks

Die Berechnung des Wasserdrucks ist sehr einfach. Stellen Sie sich eine flache OberflĂ€che in der Tiefe vor, fĂŒr die Sie den Druck berechnen möchten. Alles, was Sie tun mĂŒssen, ist das Gewicht des gesamten Wassers auf dieser OberflĂ€che zu finden und es dann durch die FlĂ€che der OberflĂ€che zu teilen.

p = W ÷ A wobei p der Druck ist, W das Gewicht ist und A die FlÀche ist.

Das Gewicht eines GewÀssers finden

In einem Gravitationsfeld, wie auf der ErdoberflÀche, wird alles durch die Schwerkraft der Erde nach unten beschleunigt, wodurch es Gewicht erhÀlt. Wenn Sie die Masse eines Objekts kennen, können Sie das Gewicht finden, indem Sie die Masse mit der Erdbeschleunigung multiplizieren. Denken Sie an Newtons zweites Gesetz: Kraft (Gewicht) entspricht Masse mal Beschleunigung (Schwerkraft).

Sie können die Masse, m, eines Körpers von Wasser finden, indem Sie sein Volumen, V, durch seine Dichte, r multiplizieren.

m = Vr

Nun, um das Gewicht zu finden, multipliziere es mit der Gravitationsbeschleunigung g (etwa 9,80 m / s2 an der ErdoberflÀche).

W = gVr

Alles zusammenfĂŒgen

Wir haben jetzt alle Teile, um den Wasserdruck in einer bestimmten Tiefe zu finden. Setzen wir unsere Gleichung fĂŒr das Gewicht W in unsere ursprĂŒngliche Druckgleichung ein, erhalten wir:

p = gVr ∈ A

V ist das Volumen des Wassers ĂŒber unserer imaginĂ€ren OberflĂ€che. Denken Sie daran, Volumen ist nur LĂ€nge mal Breite mal Höhe. Die LĂ€nge mal Breite ist einfach die FlĂ€che A. Die Höhe ist die Tiefe, d. So kann das Volumen V wie folgt umgeschrieben werden:

V = dA

Setzen wir dies in unsere Druckgleichung ein, erhalten wir:

p = gdAr A

Jetzt können wir das A von oben und unten abbrechen um zu bekommen:

p = gdr

Druck ist gleich der Erdbeschleunigung, g, mal die Tiefe, d, mal die Dichte von Wasser, r. Die Gravitationsbeschleunigung betrĂ€gt 9,80 m / s ^ 2 und die Dichte von Wasser betrĂ€gt 1 g / cm ^ 3 oder 1000 kg / m ^ 3. Wenn wir diese Zahlen eingeben, erhalten wir eine abschließende Gleichung von:

p = d (in Metern, m)(9,80 m / s2)(1000 kg / m3)

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