ハイドロスタティックという言葉は、水を意味する「ハイドロ」と固定または不変を意味する「スタティック」という 2 つの言葉で構成されています。パラドックスの文字通りの意味は、再び「矛盾」です。要約すると、静水圧のパラドックスは、同じ底面を持つ異なる形状の容器に同じ高さの液体が満たされ、液体によって容器に加えられる力が同じ場合に発生します。ただし、各容器の水の量は変わります。
静水圧
流体静力学は、しばしば静水力学として知られ、浮体と水中体の平衡状態を調査する流体力学の分野です。浸された体の液体。」
運動中の流体の研究である流体力学とは対照的に、静止時の安定した平衡状態にある流体の研究を含みます。流体静力学は、圧縮性または非圧縮性にかかわらず、静止しているすべての流体の研究です。静水圧は、流体静力学の下位区分です。
流体を貯蔵、移動、利用するための装置工学である油圧は、静水圧に基づいています。また、地球物理学や天文学 (たとえば、地球の重力場におけるプレート テクトニクスや異常の解明)、気象学、医学 (血圧の文脈で)、およびその他のさまざまな職業にも役立ちます。
大気圧が高度によって変化する理由や、木や油が浮く理由など、多くの一般的な出来事が水で説明され、静水の表面が常に水平である理由は、静水圧を使用して説明できます。
静水圧パラドックスの定義と意味
同じ水平レベル上のすべての点における液体の圧力は、静水圧のパラドックス (深さ) として知られています。
定義によると、「液体の特定の水平レベルでの静水圧は、液体の表面から水平レベルまでの距離に比例します。」
静水圧のパラドックスによると、容器の形状は内部の水の高さに影響しません。
圧力は容器の底面に対する液体の高さによって決まり、液体の形状は圧力平衡によって決まります。次の 2 つのコンテナ「a」と「b」を考えてみましょう:
円筒形容器のすべての水平位置で、深さ「h」での圧力は同じです。流体要素の重量は、その上下の流体要素間の圧力差によってバランスがとられるため、円筒形の容器「a」内の流体要素は常に平衡状態にあります。
コンテナ「b」の端にある流体要素は、上側ではコンテナ「a」と同じ圧力ですが、下側では圧力がかかりません。
容器の液体の圧力は外の大気圧と同じです。その結果、内部の流体は均等な圧力を受けます。この圧力は、流体要素のバランスを保つには不十分です。現在の課題は、エッジでの流体バランスをどのように説明するかです。
説明は次のとおりです:
各場所の圧力に基づいて、容器の壁が流体要素に力を加えます。コンテナ「b」の傾斜した壁は、近くにある流体要素を安定させる上向きのプッシュを提供します.
コンテナの壁は流体要素に斜めの力を加えます。流体によって加えられる圧力は、この力の水平成分と釣り合います。外の大気圧は、彼の力の垂直成分と釣り合っています.
静水圧の法則
サーフェス上の流体の特定の領域の任意の場所に加えられる圧力の量は、静水圧の法則によって決定されます。特定の表面上の液体の総重量としても知られています。
水深が増すにつれて水にかかる圧力の量は、静水圧として知られています。 「水中の物体の一部が押された場合、その圧力は、フランスの科学者ブレーズ・パスカルによれば、「減少することなく水全体に伝達されます。」
油圧システムは、油圧ポンプ システムでも使用されているこの考え方に基づいて構築されています。水柱の圧力が油圧システムの片側にかかり、その圧力が柱の反対側にかかります。
バルブ付きの U 字型パイプの左側に下向きの力が加えられると、バルブが左アームに圧力を加え、右アームのプレートを強制的に動かします。車、トラック、ボート、クレーン、その他の車両などの重い荷物は、この力を使用して持ち上げられます。
静水圧のパラドックスの表現:
以下は静水圧パラドックスの数式です:
P∝h
静水圧
流体は、その基本的な性質により、せん断応力が存在すると静止状態を維持できません。一方、流体は、接触面に平行に圧力をかけることができます。流体内の点が極小の立方体として想像される場合、平衡は、流体のこの単位のすべての側面の圧力が等しくなければならないことを示します。そうでない場合、流体は力の反対方向に流れます。その結果、静止している流体に作用する圧力は等方性です。つまり、すべての方向に等しい振幅で作用します。この特性により、流体はパイプまたはチューブの長さにわたって力を伝えることができます。たとえば、パイプ内の流体に加えられた力は、流体を介してパイプの反対側の端に伝達されます。 Blaise Pascal は、現在 Pascal の法則として知られているこの理論をやや拡大した形で最初に確立しました。
すべての摩擦応力と慣性応力は静止流体では消失し、システムの応力状態は静水圧と呼ばれます。 Navier-Stokes 方程式がこの V =0 の条件に従うと、圧力勾配は本体の力のみの関数になります。重力場などの保存力場で平衡状態にある順圧流体によって加えられる圧力は、重力によって加えられる力の関数になります。
作動油の圧力式は次のとおりです:
式- 流体の表面下の深さ h での流体圧力を示します。
P=Pa+ρgh
どこで
P =液体/表面から h の深さでの流体圧力。
流体の大気圧は Pa で測定されます。
ρ =流体/質量液体の密度
g は重力加速度を表します。
h は、サーフェスとポイントの間の垂直距離を表します。
結論
ボート、貯水池、水道、噴水の建設者は、古代から経験的かつ直感的な意味で静水圧の原理を知っていました。アルキメデスの原理は、液体に沈められた物体にかかる浮力を、物体によって押しのけられた液体の重量に関連付けるというもので、アルキメデスによって発見されました。ローマの技術者ウィトルウィウスによれば、静水圧下では鉛パイプが破裂する可能性があります。
