ما هو الضغط الهيدروستاتيكي؟
الضغط الهيدروستاتيكي هو زيادة الضغط داخل مائع ساكن كلما ازداد العمق.
تفيد هذه الأداة في الخزانات والسدود والغوص وقراءات المانومتر والمراجعات الهندسية السريعة.
معادلة ΔP = ρgh
- ΔP = ρ × g × h
- ρ = ΔP / (g × h)
- g = ΔP / (ρ × h)
- h = ΔP / (ρ × g)
المتغيرات ووحدات SI
- ΔP
- فرق الضغط الهيدروستاتيكي بوحدة Pa.
- ρ
- كثافة المائع بوحدة kg/m³.
- g
- عجلة الجاذبية بوحدة m/s².
- h
- العمق الرأسي أو ارتفاع عمود السائل بوحدة m.
فرق الضغط مقابل الضغط المطلق
الناتج المباشر من المعادلة هو فرق الضغط بين السطح والنقطة المدروسة.
للحصول على الضغط المطلق يجب إضافة ضغط السطح: P_absolute = P_surface + ρgh.
تأثير الحرارة في الكثافة
قد تتغير الكثافة مع الحرارة والضغط والملوحة وتركيب المائع.
في الغازات أو حالات التغير الكبير في الارتفاع قد لا يكفي افتراض الكثافة الثابتة.
مرجع تقني
كثافة الماء بدلالة درجة الحرارة
يلخص هذا المرجع التقني كثافة الماء السائل قرب الضغط الجوي في صورة جدول ومخطط.
التعريف
الكثافة تمثل الكتلة في وحدة الحجم، وهي مدخل أساسي في حسابات الضغط الهيدروستاتيكي والمنسوب وخواص الموائع.
في الماء السائل تتغير الكثافة مع الحرارة، لذلك لا يكون افتراض 1000 kg/m³ كافيا دائما في الحسابات الأدق.
المعادلة
- ΔP = ρ g h
- ρ = m / V
المتغيرات
- ρ
- الكثافة، kg/m³
- m
- الكتلة، kg
- V
- الحجم، m³
- ΔP
- فرق الضغط، Pa
مثال هندسي سريع
إذا اعتبرت كثافة الماء قرب 20 °C نحو 998.20509 kg/m³، فإن زيادة الضغط الهيدروستاتيكي عند عمق 10 m تكون تقريبا 97.89 kPa.
شروط الاستخدام والافتراضات
- البيانات مختارة عند ضغط ثابت 0.101325 MPa وعلى فرع الماء السائل.
- مجال درجة الحرارة تقريبا من 0.01 °C إلى 99.97 °C.
- القيم مأخوذة من مرجع NIST المبني على صياغة IAPWS-95 وتستخدم كمرجع هندسي تقريبي.
| درجة الحرارة (°C) | الكثافة (kg/m³) |
|---|---|
| 0.01 | 999.84376 |
| 10.01 | 999.70159 |
| 20.01 | 998.20509 |
| 30.01 | 995.64643 |
| 40.01 | 992.21253 |
| 50.01 | 988.03052 |
| 60.01 | 983.19068 |
| 70.01 | 977.75892 |
| 80.01 | 971.78417 |
| 90.01 | 965.30286 |
| 99.97 | 958.3675 |
الاستخدامات
- اختيار كثافة ماء مناسبة لدرجة الحرارة في حسابات الضغط الهيدروستاتيكي.
- تقليل الخطأ في حسابات الخزانات والمناسيب.
- تقديم مرجع تقني للتقارير المخبرية أو التعليمية.
خطأ شائع
- استخدام 1000 kg/m³ عند كل درجة حرارة وإهمال أثر الحرارة.
أدوات مرتبطة
المراجع
- NIST Chemistry WebBook - Thermophysical Properties of Fluid Systems (water query)
- IAPWS-95 release page
جداول الوحدات
وحدات الضغط
| اسم الوحدة | الرمز | مكافئ SI | الاستخدام الشائع |
|---|---|---|---|
| Nanopascal | nPa | 1.0000000000e-9 Pa | Extremely small differential pressures and experimental measurements |
| Micropascal | µPa | 0.000001 Pa | Acoustics and precision sensor applications |
| Millipascal | mPa | 0.001 Pa | Very small pressure differences and laboratory instruments |
| Pascal | Pa | 1 Pa | Base SI pressure unit and scientific calculations |
| Hectopascal | hPa | 100 Pa | Meteorology and atmospheric pressure reporting |
| Kilopascal | kPa | 1,000 Pa | Building, HVAC and general engineering measurements |
| Megapascal | MPa | 1,000,000 Pa | Material strength and higher-pressure systems |
| Gigapascal | GPa | 1,000,000,000 Pa | Elastic modulus and advanced materials engineering |
| Terapascal | TPa | 1.0000000000e+12 Pa | Theoretical material models and extreme stiffness calculations |
| Millibar | mbar | 100 Pa | Legacy meteorology and process gauges |
| Bar | bar | 100,000 Pa | Compressors, hydraulics, pneumatics and industry |
| Standard atmosphere | atm | 101,325 Pa | Reference atmospheric pressure and laboratory work |
| Technical atmosphere | at | 98,066.5 Pa | Legacy technical documents and some mechanical tables |
| Kilogram-force per square centimeter | kgf/cm² | 98,066.5 Pa | Legacy pump, boiler and analog gauge usage |
| Torr | Torr | 133.322368421 Pa | Vacuum technology and laboratory pressures |
| Millimeter of mercury | mmHg | 133.322387415 Pa | Medical measurements and manometer readings |
| Millimeter of water column | mmH₂O | 9.80665 Pa | Low differential pressure and ventilation systems |
| Centimeter of water column | cmH₂O | 98.0665 Pa | Respiratory devices and low-pressure applications |
| Pound-force per square inch | psi | 6,894.75729317 Pa | Tires, hydraulics and Anglo-American equipment |
| Kilopound-force per square inch | ksi | 6,894,757.29317 Pa | Material strength and structural engineering |
| Pound-force per square foot | psf | 47.8802589803 Pa | Building loads and HVAC differential pressures |
| Inch of mercury | inHg | 3,386.389 Pa | Barometers, aviation and engine vacuum |
| Inch of water column | inH₂O | 249.08891 Pa | Gas lines and low-pressure air systems |
وحدات الكثافة
| اسم الوحدة | الرمز | مكافئ SI | الاستخدام الشائع |
|---|---|---|---|
| Kilogram per cubic meter | kg/m³ | 1 kg/m³ | Base SI density unit and engineering calculations |
| Gram per cubic meter | g/m³ | 0.001 kg/m³ | Very low-density gas or aerosol comparisons |
| Gram per liter | g/L | 1 kg/m³ | Solutions and fluid-mixture descriptions |
| Kilogram per liter | kg/L | 1,000 kg/m³ | Practical expression of liquid densities |
| Gram per milliliter | g/mL | 1,000 kg/m³ | Chemistry and laboratory density reporting |
| Gram per cubic centimeter | g/cm³ | 1,000 kg/m³ | Common engineering expression for liquids and solids |
| Pound per cubic foot | lb/ft³ | 16.018463374 kg/m³ | Imperial/US fluid and construction applications |
| Pound per cubic inch | lb/in³ | 27,679.9047102 kg/m³ | Imperial/US expression for high-density materials |
وحدات العمق
| اسم الوحدة | الرمز | مكافئ SI | الاستخدام الشائع |
|---|---|---|---|
| Micrometer | µm | 0.000001 m | Microchannels and precision liquid-column differences |
| Millimeter | mm | 0.001 m | Small manometer heights and laboratory measurements |
| Centimeter | cm | 0.01 m | Bench experiments and short liquid columns |
| Meter | m | 1 m | Tank, well and general engineering depths |
| Kilometer | km | 1,000 m | Very large geophysical depth differences |
| Inch | in | 0.0254 m | Small column heights and device dimensions |
| Foot | ft | 0.3048 m | Diving, storage and field measurements |
| Yard | yd | 0.9144 m | Short field distances and open-area measurements |
وحدات عجلة الجاذبية
| اسم الوحدة | الرمز | مكافئ SI | الاستخدام الشائع |
|---|---|---|---|
| Meter per second squared | m/s² | 1 m/s² | Base SI acceleration unit |
| Centimeter per second squared | cm/s² | 0.01 m/s² | CGS-based acceleration reporting |
| Foot per second squared | ft/s² | 0.3048 m/s² | Imperial/US engineering calculations |
| Gal | Gal | 0.01 m/s² | Geophysics and gravimetry work |
| Standard gravity | g₀ | 9.80665 m/s² | Standard Earth gravity reference |
أمثلة سريعة
1000 kg/m³ × 9.80665 m/s² × 10 m = 98.0665 kPa
لماء تقريبي عند عمق 10 m تكون زيادة الضغط نحو 98.07 kPa.
98.0665 kPa / (1000 kg/m³ × 9.80665 m/s²) = 10 m
يمكن إعادة حساب ارتفاع عمود السائل من فرق الضغط مباشرة.
استخدامات شائعة
- تقدير ضغط قاع الخزانات
- فحوص أولية للسدود والبوابات
- تفسير زيادة الضغط مع العمق
- قراءات المانومتر وأعمدة السائل
الافتراضات والقيود
- المعادلة مناسبة لمائع ساكن بكثافة شبه ثابتة.
- القيمة h هي العمق الرأسي وليس طول مسار مائل.
- عند تغير الكثافة مع العمق بشكل واضح يلزم نهج تكاملي.
- النتيجة الأساسية فرق ضغط وليست ضغطا مطلقا.