Hydrostatische druk

In de hydrostatica is de hydrostatische druk de druk die door een statische vloeistof uitgeoefend wordt op een lichaam op een bepaalde diepte in die vloeistof.

Deze druk werkt in alle richtingen en is constant in een horizontaal vlak. De eenheid waarin de druk wordt uitgedrukt is de pascal. De druk is aanwezig in stilstaande (statische) vloeistoffen en is een belangrijke eigenschap in de hydrostatica. Daarnaast kunnen er nog allerlei drukken ontstaan in bewegende vloeistoffen; die worden bestudeerd in de vloeistofdynamica.

In grondwater heerst, als de poriën in de bodem of in het gesteente met elkaar verbonden zijn, ook een hydrostatische druk. Men spreekt dan meestal van poriëndruk.

Hydrostatische druk wordt gemeten met een manometer, piëzometer of druksensor.

Berekening

Meting van de hydrostatische druk kan gebruikt worden om het niveau van een vloeistof in een vat te bepalen. Wel moet dan de dichtheid van de vloeistof bekend zijn. De (atmosferische) druk boven de vloeistof moet ook bekend zijn en afgetrokken worden van de gemeten druk. Voor een open recipiënt is de druk boven de vloeistof de atmosferische druk. Op zeeniveau bedraagt de gemiddelde atmosferische druk 101.325 Pa (= 1 atm).

De druk ${\displaystyle p}$ op een bepaalde diepte ${\displaystyle h}$ is te berekenen met de wet van Pascal:

${\displaystyle p=p_{0}+\varrho gh}$

Hierin is

• ${\displaystyle p_{0}}$ de luchtdruk aan het vloeistofoppervlak (in veel gevallen is dat de atmosferische druk)
• ${\displaystyle \varrho }$ de dichtheid van de vloeistof (kg/m³) en
• ${\displaystyle g}$ de sterkte van het zwaartekrachtsveld, oftewel de valversnelling; op het aardoppervlak is dit ongeveer 9,81 m/s² = 9,81 N/kg
• ${\displaystyle h}$ de diepte onder het vloeistofoppervlak (of, anders geformuleerd, de hoogte van de vloeistofkolom boven het punt van de te berekenen druk)

Voor water komt dit erop neer dat de hydrostatische druk met elke 10 meter diepte toeneemt met ongeveer 1 atm of - wat ongeveer hetzelfde is - met 1 bar en ongeveer 100 000 pascal.

Natuurkundige principe

Druk is gedefinieerd als een uitgeoefende kracht per oppervlakte-eenheid:

${\displaystyle p={\frac {F}{A}}}$

Bij een vloeistof geldt dat de zwaartekracht de kracht in de druk bepaalt:

${\displaystyle F_{z}=mg}$

Dus: hoe meer massa vloeistof per oppervlakte-eenheid, hoe groter de druk. Hieruit volgt dat met name de diepte in de vloeistof belangrijk is en niet de absolute hoeveelheid. In formulevorm is dat als volgt te herleiden:

${\displaystyle m=\varrho V=\varrho hA}$

Dit invullen in de formule van de vloeistofdruk geeft

${\displaystyle p={\frac {F}{A}}={\frac {mg}{A}}={\frac {\varrho hAg}{A}}=\varrho hg}$

Aan bovenstaande formule moet nog wel de buitenluchtdruk worden toegevoegd, want ook die heeft invloed op de vloeistofdruk. Aan het oppervlak is de vloeistofdruk gelijk aan de buitenluchtdruk.

Zie ook

• Wet van Archimedes
• Lithostatische druk
• Stijghoogte