Hydrostaattinen paine
Wikipedia
Hydrostaattinen paine on vedessä ja muissa nesteissä vallitseva nesteen oman painovoiman aiheuttama paine.
Koska hydrostaattisen paineen aiheuttaa nesteen oma painovoima, paine on sitä suurempi, mitä syvemmälle nesteessä sijaitaan. Myös nesteen tiheys vaikuttaa hydrostaattisen paineen suuruuteen. Mitä suurempi tiheys, sitä suurempi on paine (tiheys on aineen massan ja tilavuuden suhde).
Hydrostaattinen paine on nesteen tiheyden, putoamiskiihtyvyyden ja nesteen korkeuden tulo.
Hydrostaattisen paineen tunnus on p ja sen kaava on:
- p = ρgh
jossa:
- p= hydrostaattinen paine
- ρ= nesteen tiheys
- g= putoamiskiihtyvyys
- h= nesteen korkeus
Vaikka hydrostaattisen paineen aiheuttaa nesteen oma painovoima, ei sen suuruuteen vaikuta nestemäärän tilavuus tai massa, vaan ainoastaan nesteen tiheys ja korkeus eli kuinka syvällä sijaitaan. Niinpä nesteen kaikki samalla syvyydellä olevat kappaleet ovat yhtä suuren paineen ympäröimänä. Toisaalta taas, jos eri muotoisissa astioissa on samaa nestettä yhtä korkealla, astioiden pohjassa vallitsee yhtä suuri paine. Eli hydrostaattiseen paineeseen ei vaikuta astian muoto.
Nesteen sisällä vallitsevaan paineeseen vaikuttaa kaksi tekijää: nesteeseen kohdistuva ulkoinen paine sekä nesteen omasta painosta johtuva hydrostaattinen paine. Jos neste on suljettu sylinteriin, jossa on mäntä, voidaan mäntää painamalla kohdistaa nesteeseen ulkoinen paine. Nestepintaan vaikuttava ilmanpaine on myös ulkoinen paine.
Nesteiden käyttäytymisen ymmärtämiseksi on ulkoisen paineen leviämistä koskeva laki tärkeä. Tarkastellaan tilannetta, missä tutkittava neste täyttää säiliön kokonaan, ts. vapaata ilmatilaa ei jää. Säiliöön yhdistettyä mäntää painamalla voidaan nesteeseen kohdistaa halutun suuruinen ulkoinen paine.
Oletetaan, että nesteeseen on eri kohtiin sijoitettu painemittareita, jotka ilmoittavat ko. kohdasta vallitsevan paineen. Havaitaan, että kun mäntää painetaan, kaikki painemittarit osoittavat yhtä suuren paineen muutoksen mittarin sijainnista riippumatta. Tästä voidaan päätellä, että ulkoisen paineen vaihtelu leviää yhtä suurena kaikkialle nesteeseen. Tämä tulos on Pascalin laki, ja sillä on merkittäviä sovelluksia mm. hydrauliikassa. Pascalin laki on seurausta nesteiden erittäin pienestä kokoonpuristuvuudesta.
Hydrostaattinen paine on otettava huomioon mm. patoja rakentaessa. Padon alaosissa vallitsee huomattavasti suurempi paine kuin yläosissa. Siksi pato rakennetaan alhaalta paksummaksi. Hydrostaattisen paineen eräs tärkeä hyödyntämistapa on vesitornien kautta tapahtuva vesijohtojen paineistaminen.
