Υδροστατική
Φυσικοί Γης Νόμοι Φυσικής Νόμοι Φυσικής Θεωρίες Φυσικής Πειράματα Φυσικής Παράδοξα Φυσικής
- Επιστημονικός Κλάδος της Κλασσικής Φυσικής.
Ετυμολογία
Η ονομασία "Υδροστατική" σχετίζεται, ενδεχομένως, ετυμολογικά με την λέξη "ύδωρ".
Εισαγωγή
Κλάδος της Φυσικής που εξετάζει τους νόμους ισορροπίας των υγρών
Η Υδροστατική αποτελεί το μέρος εκείνο της Φυσικής που πραγματεύεται κυρίως τα ηρεμούντα υγρά.
Αποτελεί δε κλάδο της Μηχανικής των υγρών.
Ιστορική εξέλιξη της Υδροστατικής
Με τη συμπεριφορά των υγρών είτε «εν στάσει» είτε «εν ηρεμία» ασχολήθηκε από τους αρχαιότατους χρόνους ο άνθρωπος, στη προσπάθειά του να επιλύσει τα διάφορα πρακτικά προβλήματα που του παρουσιάζονταν.
Η πρώτη όμως συστηματική μελέτη των υγρών ανάγεται στην ελληνική αρχαιότητα. Πραγματικά τον 3ο αιώνα π.Χ. ο Αρχιμήδης είναι ο πρώτος που ανακαλύπτει την άνωση και διατυπώνει την ομώνυμή του αρχή. Με τα υγρά ασχολήθηκε επίσης και ο Ήρων ο Αλεξανδρεύς.
Κατά τη διάρκεια του Μεσαίωνα και μέχρι τους νεώτερους χρόνους μικρή μόνο πρόοδος σημειώθηκε στην Υδροστατική και αυτή θεωρητική.
Όπως το 1583 περίπου, ο Ολλανδός μαθηματικός Simon Stevin, (1548 - 1620) απέδειξε ότι η πίεση που ασκεί ένα υγρό πάνω σε μια δεδομένη επιφάνεια εξαρτάται από το βάθος στο οποίο βρίσκεται η επιφάνεια και όχι από το σχήμα του δοχείου που περιέχει το υγρό.
Όμως κατά τον 17ο αιώνα ο Pascal διατύπωσε τη θεμελιώδη αρχή της υδροστατικής τη γνωστή ως «Αρχή Pascal». Από τότε η περαιτέρω πρόοδος της υδροστατικής συνίσταται κυρίως αφενός σε θεωρητικές διερευνήσεις των δύο παραπάνω βασικών αρχών, αφετέρου σε πρακτικές εφαρμογές των πορισμάτων αυτών.
Αρχές της Υδροστατικής
Η Υδροστατική στηρίζεται στις δύο κυρίως αρχές:
στην «Αρχή Pascal» κατά την οποία η υδροστατική πίεση παραμένει σταθερά σε όλη τη μάζα του ηρεμούντος υγρού, που δεν υφίσταται επίδραση δυναμικού πεδίου και
στην «Αρχή Αρχιμήδη», σύμφωνα με την οποία κάθε σώμα βαπτιζόμενο σε υγρό υφίσταται άνωση ίση με το βάρος του ύδατος που εκτοπίζει.
Μια τρίτη επίσης αρχή αφορά την συμπιεστικότητα των υγρών. Από τις τρεις αυτές αρχές προκύπτουν όλα τα θεωρήματα, οι νόμοι και οι εφαρμογές της υδροστατικής.
- Η συμπεριφορά των πραγματικών υγρών υπό την επίδραση των μοριακών δυνάμεων αποτελεί ιδιαίτερο κεφάλαιο της Υδροστατικής όπου και εξετάζονται η επιφανειακή τάση, τα τριχοειδή φαινόμενα οι δυνάμεις συνοχής και συνάφειας κλπ.
Οι σημαντικότεροι νόμοι και αρχές της υδροστατικής αναλυτικά είναι:
Θεμελιώδης νόμος της υδροστατικής
Ο νόμος αυτός αφορά υγρό που ισορροπεί μέσα σε ένα Βαρυτικό Πεδίο. Ο θεμελιώδης νόμος της υδροστατικής αναφέρει ότι η Υδροστατική Πίεση που ασκείται από το υγρό σε ένα σημείο του που βρίσκεται σε βάθος h, ισούται με το γινόμενο της πυκνότητας του υγρού (ρ), της επιτάχυνσης της βαρύτητας (g) και του βάθους από την επιφάνεια του υγρού (h), δηλαδή ισχύει:
Αρχή Pascal
Η Αρχή Pascal διατυπώθηκε από τον Pascal και αναφέρει ότι η Υδροστατική Πίεση που δημιουργεί ένα εξωτερικό αίτιο σε κάποιο σημείο του υγρού μεταφέρεται αναλλοίωτη σε όλα τα σημεία του υγρού.
Αρχή Αρχιμήδη
Η αρχή Αρχιμήδη που διατυπώθηκε από τον αρχαίο Έλληνα μαθηματικό Αρχιμήδη, αναφέρει ότι κάθε σώμα που είναι πλήρως βυθισμένο σε ένα ρευστό δέχεται δύναμη άνωσης, ίση με το βάρος του ρευστού που εκτοπίζει.
Ισχύει δηλαδή:
- υγρ
Μαθηματική περιγραφή
Η βασική εξίσωση που περιγράφει ένα στατικό, ασυμπίεστο και ιδανικό ρευστό σε μηχανική ισορροπία είναι η εξής:
όπου P η πίεση του ρευστού, ρ η πυκνότητά του (την οποία θεωρούμε σταθερή) και fex οι εξωτερικές δυνάμεις ανά μονάδα όγκου που μπορεί να ασκούνται στο ρευστό.
Η παραπάνω εξίσωση αποτελεί ειδική περίπτωση της εξίσωσης Euler στη Ρευστομηχανική.
Απουσία εξωτερικών δυνάμεων
Αν το σύνολο των εξωτερικών δυνάμεων που ασκούνται σε ένα ρευστό είναι μηδέν (fex=0), τότε η εξίσωση του Όιλερ για το ρευστό παίρνει την απλούστερη μορφή:
Η φυσική σημασία του παραπάνω αποτελέσματος είναι ότι η πίεση στο εσωτερικό του ρευστού θα είναι παντού η ίδια.
Ομογενές Βαρυτικό Πεδίο
Μία ακόμα ενδιαφέρουσα περίπτωση είναι εκείνη κατά την οποία ένα δοχείο που περιέχει ένα ρευστό βρίσκεται μέσα σε ομογενές Βαρυτικό Πεδίο (όπως εκείνο στην επιφάνεια της Γης).
Στη περίπτωση αυτή, η εξωτερική δύναμη ανά μονάδα όγκου που ασκείται στο ρευστό ισούται με ρg, όπου g η επιτάχυνση που προκαλεί το Βαρυτικό Πεδίο.
Αν θεωρήσουμε λοιπόν ότι το ρευστό βρίσκεται στο εσωτερικό ενός δοχείου που τοποθετείται κάθετα στην επιφάνεια της Γης, τότε μπορούμε να επιλέξουμε ένα καρτεσιανό σύστημα αξόνων και να θεωρήσουμε ότι το επίπεδο xy βρίσκεται παράλληλο στην επιφάνεια, ενώ ο άξονας z κατά μήκος του δοχείου. Σύμφωνα με τις παραπάνω συμβάσεις, η εξίσωση Όιλερ που ικανοποιεί το ρευστό στην κατάσταση μηχανικής ισορροπίας είναι:
Η πίεση εξαρτάται λοιπόν μόνο από το ύψος του ρευστού στο δοχείο, ανεξάρτητα από το ακριβές σχήμα που εκείνο έχει.
Αν h είναι το βάθος από τη επιφάνεια του ρευστού στο δοχείο, τότε η πίεση σε βάθος h δίνεται από τον τύπο:
όπου P0 η πίεση στην επιφάνεια του ρευστού, η οποία στην περίπτωση της επιφάνεια της Γης αντιστοιχεί στην Ατμοσφαιρική Πίεση.
Θεματολογία
- Φυσικές ιδιότητες των ρευστών.
- Επιφανειακή Τάση –
- Τριχοειδή Φαινόμενα
- Υδροστατική Επίδραση
- Υδροστατική Πίεση
- Άνωση
- Μεταβολή της πιέσεως με το υψόμετρο.
- Μέτρηση υδροστατικών πιέσεων –
- μανόμετρο.
- Υδροστατικές πιέσεις σε επιφάνειες.
- Νόμος Αρχιμήδη.
- Συνθήκες ισορροπίας σωμάτων μέσα σε υγρό.
Υποσημειώσεις
Εσωτερική Αρθρογραφία
Βιβλιογραφία
Ιστογραφία
 Κίνδυνοι Χρήσης
|
|---|
|
Αν και θα βρείτε εξακριβωμένες πληροφορίες "Οι πληροφορίες αυτές μπορεί πρόσφατα Πρέπει να λάβετε υπ' όψη ότι Επίσης, |
- Μην κάνετε χρήση του περιεχομένου της παρούσας εγκυκλοπαίδειας
αν διαφωνείτε με όσα αναγράφονται σε αυτήν
- Όχι, στις διαφημίσεις που περιέχουν απαράδεκτο περιεχόμενο (άσεμνες εικόνες, ροζ αγγελίες κλπ.)