Hydrostatische druk

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

Deze druk werkt in alle richtingen, is constant in een horizontaal vlak en wordt uitgedrukt in de eenheid 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, en die worden bestudeerd in de vloeistofdynamica.

In grondwater heerst, wanneer de poriën in de bodem of in het gesteente met elkaar verbonden zijn, ook 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 vloeistof in een vat te bepalen. Wel moet dan de dichtheid van de vloeistof bekend zijn. De (atmosferische) druk boven de vloeistof moet 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 deze, gemiddeld genomen, 101325 Pa (= 1 atm).

De druk p op een bepaalde diepte h is te berekenen met de wet van Pascal:

p=p_{0}+\rho gh

Hierin is

p₀ de luchtdruk aan het vloeistofoppervlak (in veel gevallen is dat de atmosferische druk)
ρ de dichtheid van de vloeistof (kg/m³) en
g is de sterkte van het zwaartekrachtsveld, oftewel de valversnelling, op het aardoppervlak is dit ongeveer 9,81 m/s² = 9,81 N/kg
h de diepte onder het vloeistofoppervlak (of, anders geformuleerd, de hoogte van de vloeistofkolom boven het punt van de te berekenen druk)

Voor de vloeistof 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:

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

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

F_{z}=mg

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

m=\varrho V=\varrho hA

Dit invullen in de formule van de vloeistofdruk geeft

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