Hydrostatická tlaková síla, hydrostatický tlak

• všeobecně je známo, že se člověk nemůže potopit v moři do libovolné hloubky, byť by měl obrovské zásoby kyslíku
• čím se potápí hlouběji, tím pociťuje větší tlak vody na své tělo
• čím je to způsobeno?

Zkusme následující pokusy:

1. uřízneme dno i vršek dvou stejných PET láhví (ideálně pevnějších) (vznikne válec)
2. místo původního dna připevníme pevně tenkou pružnější blánu
3. postupně do obou nádob nalijeme vodu a líh (viz obr.), a to:
   • nejdříve do obou nádob nalijeme vodu, přičemž do druhé nalijeme menší množství vody
   • pak do jedné nádoby nalijeme vodu a do druhé líh, vždy stejné množství

• Výsledek:
  • dojde k protlačení blány, které je způsobeno působením gravitační síly na danou látku, látka pak stejnou silou tlačí na dno (pružnou blánu)
  • pokud je v obou nádobách voda, ale v jedné méně, protlačení je v ní menší - gravitační síla působící na kapalinu je menší (viz 1. obr.)
  • pokud je v jedné nádobě voda a v druhé líh je oproti vodě při stejném objemu protlačení menší, jelikož má menší hustotu a tudíž na něj působí menší gravitační síla
• Sílu, kterou látka tlačí na dno můžeme vypočítat následovně:
  • Na dno tlačí síla F, která je stejná, jako gravitační síla působící na kapalinu:

• hmotnost kapaliny lze určit z hustoty a objemu kapaliny:

• a objem V pravidelného tělesa je dán plochou podstavy S krát jeho výškou h - tedy výškou kapaliny nad dnem, neboli hloubkou dna pod hladinou kapaliny

• tedy:

• a tuto sílu pak nazýváme hydrostatickou tlakovou silou a značíme F_h

F_h = ρShg

Hydrostatický tlak:

• již dříve jsme odvodili tlak, jako sílu F, která působí na plochu S:

• po dosazení hydrostatické síly za sílu F a úpravě vztahu získáme hydrostatický tlak:

Spojené nádoby:

• pomocí hydrostatického tlaku lze vysvětlit i princip spojených nádob:
  • pokud do spojených nádob (obrázek a)) nalijeme tekutinu, ve všech ramenech se ustálí ve stejné výši
    • hydrostatický tlak u dna závisí pouze na hustotě kapaliny (ta je všude stejná) a výšce h
    • pokud by tedy v některém ramenu byla výška hladiny vyšší, byl by i vyšší hydrostatický tlak a kapalina z tohoto ramena by nutně vytlačila hladiny v ostatních ramenech,dokud by se tlak nesrovnal a výška by tedy nebyla stejná
  • pokud nádoby mírně nakloníme (obrázek b)) dojde opět ve všech ramenech k vyrovnání tlaku a hladina se ustálí ve vodorovné rovině
• použití:
  • konev
  • detekce výšky vodní hladiny v hlavní nádobě (např. některé varné konvice), nádrže
  • vodováha na stavbách