Cairan dan gas meneruskan ke segala arah tidak hanya tekanan eksternal yang diberikan padanya, tetapi juga tekanan yang ada di dalamnya karena berat bagian-bagiannya. Lapisan atas cairan ditekan di tengah, lapisan bawah, dan lapisan terakhir di bawah.
Tekanan yang diberikan oleh zat cair dalam keadaan diam disebut hidrostatik.
Mari kita peroleh rumus untuk menghitung tekanan hidrostatik suatu zat cair pada kedalaman sembarang h (di sekitar titik A pada Gambar 98). Gaya tekanan yang bekerja di tempat ini dari bagian atasnya yang sempit pilar vertikal cairan dapat dinyatakan dalam dua cara:
pertama, sebagai produk dari tekanan di dasar kolom ini dan luas penampangnya:
F = pS ;
kedua, sebagai berat kolom zat cair yang sama, yaitu hasil kali massa zat cair (yang dapat dicari dengan rumus m = ρV, di mana volume V = Sh) dan percepatan gravitasi g:
F = mg = ρShg.
Mari kita samakan kedua ekspresi gaya tekanan:
pS = ρShg.
Membagi kedua sisi persamaan ini dengan luas S, kita menemukan tekanan fluida di kedalaman h:
p = ρgh. (37.1)
Kita punya rumus tekanan hidrostatik. Tekanan hidrostatis pada kedalaman berapa pun di dalam zat cair tidak bergantung pada bentuk bejana tempat zat cair itu berada, dan sama dengan hasil kali massa jenis zat cair, percepatan jatuh bebas, dan kedalaman di mana tekanan dihitung.
Jumlah air yang sama, berada di bejana yang berbeda, dapat memberikan tekanan yang berbeda di dasar. Karena tekanan ini bergantung pada ketinggian kolom cairan, tekanan ini akan lebih besar pada bejana sempit dibandingkan pada bejana lebar. Berkat ini, bahkan sejumlah kecil air dapat menghasilkan tekanan yang sangat tinggi. Pada tahun 1648, hal ini ditunjukkan dengan sangat meyakinkan oleh B. Pascal. Dia memasukkan tabung sempit ke dalam tong tertutup berisi air dan, naik ke balkon lantai dua rumah, menuangkan segelas air ke dalam tabung tersebut. Karena ketebalan tabung yang kecil, air di dalamnya naik dataran tinggi, dan tekanan di dalam laras meningkat sedemikian rupa sehingga pengikat laras tidak tahan, dan retak (Gbr. 99).
Hasil yang kami peroleh tidak hanya berlaku untuk cairan, tetapi juga untuk gas. Lapisan-lapisannya juga saling menekan, dan oleh karena itu tekanan hidrostatik juga ada di dalamnya. 
1. Tekanan apa yang disebut hidrostatis? 2. Nilai apa yang bergantung pada tekanan ini? 3. Turunkan rumus tekanan hidrostatis pada kedalaman sembarang. 4. Bagaimana cara menciptakan tekanan besar dengan sedikit air? Ceritakan pada kami tentang pengalaman Pascal.
Tugas eksperimental. Ambil bejana tinggi dan buat tiga lubang kecil di dindingnya ketinggian yang berbeda. Tutupi lubang dengan plastisin dan isi wadah dengan air. Buka lubangnya dan perhatikan aliran air mengalir keluar (Gbr. 100). Mengapa air keluar dari lubang? Apa yang dimaksud dengan tekanan air yang bertambah seiring bertambahnya kedalaman?
Perpipaan, tampaknya, tidak memberikan banyak alasan untuk mempelajari belantara teknologi, mekanisme, atau melakukan perhitungan yang cermat untuk membangun. skema yang paling rumit. Tapi visi seperti itu hanyalah pandangan dangkal tentang pipa ledeng. Industri perpipaan yang sebenarnya sama sekali tidak kalah rumitnya dengan prosesnya dan, seperti banyak industri lainnya, memerlukan pendekatan profesional. Pada gilirannya, profesionalisme adalah gudang pengetahuan yang kuat yang menjadi dasar pipa ledeng. Mari selami (walaupun tidak terlalu dalam) ke dalam aliran pelatihan perpipaan untuk selangkah lebih dekat ke status profesional seorang tukang ledeng.
Dasar fundamental hidrolika modern terbentuk ketika Blaise Pascal menemukan bahwa aksi tekanan fluida adalah konstan ke segala arah. Aksi tekanan zat cair diarahkan tegak lurus terhadap luas permukaan.
Jika alat pengukur (pengukur tekanan) ditempatkan di bawah lapisan cairan pada kedalaman tertentu dan elemen sensitifnya diarahkan ke arah yang berbeda, maka pembacaan tekanan akan tetap tidak berubah pada posisi mana pun dari pengukur tekanan.
Artinya, tekanan fluida sama sekali tidak bergantung pada perubahan arah. Namun tekanan fluida pada setiap level bergantung pada parameter kedalaman. Jika pengukur tekanan dipindahkan lebih dekat ke permukaan cairan, pembacaannya akan berkurang.
Dengan demikian, saat menyelam, pembacaan yang diukur akan meningkat. Selain itu, dalam kondisi kedalaman dua kali lipat, parameter tekanan juga akan berlipat ganda.
Hukum Pascal dengan jelas menunjukkan pengaruh tekanan air dalam kondisi yang paling familiar dalam kehidupan modern.
Oleh karena itu, setiap kali kecepatan pergerakan suatu fluida diatur, sebagian dari tekanan statis awalnya digunakan untuk mengatur kecepatan ini, yang kemudian menjadi kecepatan tekanan.
Volume dan laju aliran
Volume fluida yang melewati suatu titik tertentu pada waktu tertentu dianggap sebagai volume aliran atau laju aliran. Volume aliran biasanya dinyatakan dalam liter per menit (L/menit) dan berhubungan dengan tekanan relatif fluida. Misalnya 10 liter per menit pada 2,7 atm.
Laju aliran (kecepatan fluida) didefinisikan sebagai kecepatan rata-rata, di mana fluida bergerak melewatinya titik tertentu. Biasanya dinyatakan dalam meter per detik (m/s) atau meter per menit (m/min). Laju alirannya adalah faktor penting saat mengkalibrasi saluran hidrolik.
Volume dan kecepatan aliran fluida secara tradisional dianggap sebagai indikator yang “berhubungan”. Dengan volume transmisi yang sama, kecepatan dapat bervariasi tergantung pada penampang lintasan Volume dan laju aliran sering kali dipertimbangkan secara bersamaan. Semua hal lain dianggap sama (dengan asumsi volume masukan tetap), laju aliran meningkat seiring dengan berkurangnya penampang atau ukuran pipa, dan laju aliran menurun seiring bertambahnya penampang.
Dengan demikian, perlambatan kecepatan aliran diamati di bagian pipa yang lebar, dan sebaliknya, di tempat sempit, kecepatannya meningkat. Pada saat yang sama, volume air yang melewati masing-masing titik kontrol ini tetap tidak berubah.
Prinsip Bernoulli
Prinsip Bernoulli yang terkenal dibangun di atas logika bahwa kenaikan (penurunan) tekanan suatu fluida selalu disertai dengan penurunan (peningkatan) kecepatan. Sebaliknya, peningkatan (penurunan) kecepatan fluida menyebabkan penurunan (peningkatan) tekanan.
Prinsip ini mendasari sejumlah fenomena umum perpipaan. Sebagai contoh sepele, prinsip Bernoulli bertanggung jawab menyebabkan tirai kamar mandi "tertarik ke dalam" saat pengguna menyalakan air.
Perbedaan tekanan antara bagian luar dan dalam menyebabkan adanya gaya pada tirai kamar mandi. Dengan usaha yang kuat ini, tirai ditarik ke dalam.
Untuk yang lainnya contoh yang jelas adalah botol parfum dengan semprotan ketika tercipta area bertekanan rendah akibat kecepatan udara yang tinggi. Dan udara membawa cairan itu bersamanya.
Prinsip Bernoulli untuk sayap pesawat: 1 - tekanan rendah; 2 — tekanan tinggi; 3 — aliran cepat; 4 — aliran lambat; 5 - sayap Prinsip Bernoulli juga menunjukkan mengapa jendela rumah cenderung pecah secara spontan saat terjadi badai. Dalam kasus seperti itu, kecepatan udara yang sangat tinggi di luar jendela menyebabkan fakta bahwa tekanan di luar menjadi jauh lebih kecil daripada tekanan di dalam, di mana udara praktis tidak bergerak.
Perbedaan kekuatan yang signifikan hanya akan mendorong jendela ke luar, menyebabkan kaca pecah. Jadi ketika badai besar mendekat, pada dasarnya Anda ingin membuka jendela selebar mungkin untuk menyamakan tekanan di dalam dan di luar gedung.
Dan beberapa contoh lagi ketika prinsip Bernoulli berlaku: munculnya pesawat terbang yang diikuti penerbangan karena sayap dan pergerakan “bola melengkung” dalam bisbol.
Dalam kedua kasus tersebut, terjadi perbedaan kecepatan udara yang melewati objek dari atas dan bawah. Untuk sayap pesawat, perbedaan kecepatan disebabkan oleh pergerakan sayap; dalam bisbol, perbedaan kecepatan disebabkan oleh adanya tepi bergelombang.
Praktek Tukang Ledeng Rumah
Mari kita ambil bejana berbentuk silinder dengan bagian bawah horizontal dan dinding vertikal, diisi cairan hingga ketinggian (Gbr. 248).
Beras. 248. Dalam bejana dengan dinding vertikal, gaya tekanan di dasar sama dengan berat seluruh cairan yang dituangkan
Beras. 249. Pada semua bejana yang digambarkan, tekanan di dasar adalah sama. Di dua bejana pertama lebih banyak dari berat cairan yang dituangkan, di dua bejana lainnya lebih sedikit
Tekanan hidrostatis pada setiap titik dasar bejana adalah sama:
Jika dasar bejana mempunyai luas, maka gaya tekanan zat cair pada dasar bejana, yaitu sama dengan berat zat cair yang dituangkan ke dalam bejana.
Sekarang mari kita perhatikan bejana yang bentuknya berbeda, tetapi dengan luas dasar yang sama (Gbr. 249). Jika zat cair pada masing-masingnya dituangkan dengan ketinggian yang sama, maka tekanannya ada di bawah. itu sama di semua kapal. Oleh karena itu, gaya tekanan di bagian bawah adalah sama dengan
juga sama di semua kapal. Itu sama dengan berat kolom zat cair dengan alas sama dengan luas dasar bejana dan tingginya sama dengan tinggi zat cair yang dituangkan. Pada Gambar. 249 Pilar ini digambarkan di sebelah setiap kapal dengan garis putus-putus. Harap dicatat bahwa gaya tekanan di bagian bawah tidak bergantung pada bentuk bejana dan bisa lebih besar atau lebih kecil dari berat cairan yang dituangkan.
Beras. 250. Perangkat Pascal dengan seperangkat bejana. Penampang melintangnya sama untuk semua kapal
Beras. 251. Bereksperimenlah dengan laras Pascal
Kesimpulan ini dapat diverifikasi secara eksperimental menggunakan perangkat yang diusulkan oleh Pascal (Gbr. 250). Anda dapat memasang bejana ke dudukannya berbagai bentuk, tidak memiliki dasar. Alih-alih bagian bawah, pelat yang digantung pada balok keseimbangan ditekan dengan kuat ke bejana dari bawah. Jika ada cairan di dalam bejana, gaya tekanan bekerja pada pelat, yang merobek pelat ketika gaya tekanan mulai melebihi berat beban yang berdiri di sisi lain timbangan.
Pada bejana berdinding vertikal (bejana silinder), bagian bawahnya terbuka ketika berat zat cair yang dituangkan mencapai berat beratnya. Dalam bejana dengan bentuk lain, bagian bawahnya terbuka pada ketinggian yang sama dengan kolom cairan, meskipun berat air yang dituangkan mungkin lebih besar (bejana mengembang ke atas) atau lebih kecil (bejana menyempit) daripada berat pemberatnya.
Pengalaman ini mengarah pada gagasan bahwa dengan bentuk bejana yang tepat, gaya tekanan yang sangat besar di dasar dapat diperoleh dengan menggunakan sedikit air. Pascal memasang tabung vertikal panjang dan tipis ke tong tertutup rapat berisi air (Gbr. 251). Ketika tabung diisi dengan air, gaya tekanan hidrostatik di bagian bawah menjadi sama dengan berat kolom air, yang luas alasnya sama dengan luas dasar tong, dan tingginya sama dengan tinggi tabung. Dengan demikian, gaya tekanan pada dinding dan bagian bawah atas laras meningkat. Ketika Pascal mengisi tabung hingga ketinggian beberapa meter, yang hanya membutuhkan beberapa gelas air, gaya tekanan yang dihasilkan memecahkan tabung tersebut.
Bagaimana kita dapat menjelaskan bahwa gaya tekanan pada dasar bejana, bergantung pada bentuk bejana, dapat lebih besar atau lebih kecil daripada berat zat cair yang terkandung di dalam bejana? Bagaimanapun, gaya yang bekerja pada zat cair dari bejana harus menyeimbangkan berat zat cair. Faktanya adalah bahwa cairan di dalam bejana tidak hanya dipengaruhi oleh bagian bawah, tetapi juga oleh dinding bejana. Dalam wadah yang mengembang ke atas, gaya-gaya yang bekerja pada dinding terhadap zat cair memiliki komponen yang mengarah ke atas: dengan demikian, sebagian berat zat cair diseimbangkan oleh gaya-gaya tekanan dinding dan hanya sebagian saja yang harus diimbangi oleh gaya-gaya tekanan dari bagian bawah. Sebaliknya, dalam bejana yang mengecil ke atas, bagian bawahnya mempengaruhi cairan ke atas, dan dindingnya ke bawah; oleh karena itu, gaya tekanan di dasar lebih besar daripada berat zat cair. Jumlah gaya yang bekerja pada zat cair dari dasar bejana dan dindingnya selalu sama dengan berat zat cair. Beras. Gambar 252 dengan jelas menunjukkan distribusi gaya yang bekerja dari dinding pada cairan dalam bejana berbagai bentuk.
Beras. 252. Gaya-gaya yang bekerja pada zat cair dari dinding bejana yang berbagai bentuknya
Beras. 253. Ketika air dituangkan ke dalam corong, silinder akan naik.
Dalam bejana yang mengecil ke atas, gaya yang diarahkan ke atas bekerja pada dinding dari sisi cairan. Jika dinding bejana tersebut dibuat dapat digerakkan, maka cairan akan mengangkatnya. Eksperimen semacam itu dapat dilakukan dengan menggunakan perangkat berikut: piston dipasang secara tetap, dan sebuah silinder dipasang di atasnya, berubah menjadi tabung vertikal (Gbr. 253). Ketika ruang di atas piston terisi air, gaya tekanan pada area dan dinding silinder mengangkat silinder ke atas.
Mari kita pertimbangkan bagaimana Anda bisa menghitung tekanan cairan di dasar dan dinding bejana. Mari kita selesaikan dulu soal dengan data numerik. Sebuah tangki berbentuk persegi panjang diisi air (Gbr. 96). Luas dasar tangki adalah 16 m2, tingginya 5 m, mari kita tentukan tekanan air di dasar tangki.
Gaya yang menekan air pada dasar bejana sama dengan berat kolom air yang tingginya 5 m dan luas alasnya 16 m2, dengan kata lain gaya tersebut sama dengan berat. dari seluruh air di dalam tangki.
Untuk mengetahui berat air, Anda perlu mengetahui massanya. Massa air dapat dihitung dari volume dan massa jenisnya. Mari kita cari volume air dalam tangki dengan mengalikan luas dasar tangki dengan tingginya: V= 16 m2*5 m=80 m3. Sekarang mari kita tentukan massa air; untuk melakukannya, kalikan massa jenis air p = 1000 kg/m3 dengan volume: m = 1000kg/m3 * 80 m3 = 80.000kg. Kita tahu bahwa untuk menentukan berat suatu benda, massanya harus dikalikan dengan 9,8 N/kg, karena benda dengan berat 1 kg memiliki berat 9,8 N.
Jadi, berat air dalam tangki tersebut adalah P = 9,8 N/kg * 80.000 kg ≈ 800.000 N. Dengan kekuatan seperti itu air menekan dasar tangki.
Membagi berat air dengan luas dasar tangki, kita mencari tekanan p :
p = 800.000 N/16 m2 = 50.000 Pa = 50 kPa.
Tekanan zat cair di dasar bejana dapat dihitung dengan menggunakan rumus yang lebih sederhana. Untuk mendapatkan rumus ini, mari kembali ke soal, tetapi selesaikan saja dalam bentuk umum.
Mari kita nyatakan tinggi kolom cairan dalam bejana dengan huruf h, dan luas dasar bejana S.
Volume kolom cair V=SH.
Massa cair T= pV, atau m = pSh.
Berat cairan ini P=gm, atau P=gpSh.
Karena berat kolom zat cair sama dengan gaya yang menekan zat cair pada dasar bejana, maka dengan membagi beratnya P Ke alun-alun S, kita mendapat tekanan R:
p = P/S, atau p = gpSh/S
hal =gph.
Kita telah memperoleh rumus untuk menghitung tekanan zat cair di dasar bejana. Dari rumus ini jelas bahwa tekanan zat cair di dasar bejana berbanding lurus dengan massa jenis dan tinggi kolom zat cair.
Dengan menggunakan rumus ini, Anda dapat menghitung tekanan pada dinding bejana, serta tekanan di dalam zat cair, termasuk tekanan dari bawah ke atas, karena tekanan pada kedalaman yang sama adalah sama ke segala arah.
Saat menghitung tekanan menggunakan rumus:
hal =gph
kepadatan p harus dinyatakan dalam kilogram per meter kubik(kg/m3), dan tinggi kolom zat cair H- dalam meter (m), G= 9,8 N/kg, maka tekanan dinyatakan dalam pascal (Pa).
Contoh. Tentukan tekanan oli di dasar tangki jika tinggi kolom oli 10 m dan massa jenisnya 800 kg/m3.
Pertanyaan. 1. Berapa nilai tekanan zat cair di dasar bejana? 2. Bagaimana tekanan zat cair di dasar bejana bergantung pada tinggi kolom zat cair? 3 . Bagaimana tekanan zat cair di dasar bejana bergantung pada massa jenis zat cair? 4. Besaran apa yang perlu diketahui untuk menghitung tekanan zat cair pada dinding bejana? 5. Rumus apa yang digunakan untuk menghitung tekanan zat cair pada dasar dan dinding bejana?
Latihan. 1. Tentukan tekanan pada kedalaman 0,6 m dalam air, minyak tanah, dan air raksa. 2. Hitung tekanan air di dasar salah satu palung laut terdalam yang kedalamannya 10.900 m, Massa jenis air laut 1030kg/m3. 3. Gambar 97 menunjukkan kamera sepak bola yang dihubungkan secara vertikal tabung kaca. Ada air di dalam bilik dan tabung. Sebuah papan diletakkan di atas kamera, dan beban seberat 5 kg diletakkan di atasnya. Ketinggian kolom air dalam tabung adalah 1 m Tentukan luas kontak pelat dengan ruangan.
Tugas. 1. Ambil bejana yang tinggi. Buatlah tiga lubang kecil pada permukaan sampingnya dalam garis lurus, dengan ketinggian berbeda dari bawah. Tutup lubang dengan korek api dan isi wadah sampai penuh dengan air. Buka lubangnya dan perhatikan aliran air mengalir keluar (Gbr. 98). Jawab pertanyaannya: mengapa air mengalir keluar dari lubang? Apa yang dimaksud dengan peningkatan tekanan seiring bertambahnya kedalaman? 2. Bacalah paragraf “Paradoks Hidrostatis” di akhir buku teks. Eksperimen Pascal", "Tekanan di dasar laut dan samudera. Eksplorasi kedalaman laut.”