ສູດຄວາມດັນໄຮໂດຣສະຖິດ
ຄວາມດັນໄຮໂດຣສະຖິດ ແມ່ນຄວາມດັນທີ່ປະສົບໂດຍນ້ຳໃນຄວາມເລິກທີ່ກຳນົດໄວ້ ເນື່ອງຈາກອິດທິພົນຂອງແຮງໂນ້ມຖ່ວງ. ແນວຄວາມຄິດນີ້ມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍໃນຂົງເຂດຕ່າງໆເຊັ່ນ: ຟີຊິກສາດ, ວິສະວະກຳ, ແລະ ມະຫາສະໝຸດສາດ. ການເຂົ້າໃຈຄວາມດັນໄຮໂດຣສະຖິດຊ່ວຍໃຫ້ພວກເຮົາອະທິບາຍປະກົດການທຳມະຊາດ ແລະ ອອກແບບລະບົບ ແລະ ໂຄງສ້າງຕ່າງໆທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບນ້ຳ.
ເຂົ້າໃຈຄວາມກົດດັນຂອງນໍ້າ
ຄວາມດັນໄຮໂດຣສະຖິດແມ່ນຄວາມດັນທີ່ເກີດຈາກນ້ຳໜັກຂອງນ້ຳທີ່ຢູ່ເໜືອຈຸດສະເພາະພາຍໃນນ້ຳເອງ. ໃນນ້ຳທີ່ຢຸດນິ້ງ, ຄວາມດັນນີ້ຈະເພີ່ມຂຶ້ນຕາມຄວາມເລິກ. ຄວາມດັນໄຮໂດຣສະຖິດຖືກວັດແທກເປັນພາສຄາສກາລ (Pa), ເຊິ່ງເທົ່າກັບນິວຕັນຕໍ່ຕາແມັດ (N/m²).
ສູດພື້ນຖານສຳລັບການຄິດໄລ່ຄວາມກົດດັນຂອງໄຮໂດຼສະຖິດແມ່ນ:
\[ P = \rho gh \]
ຢູ່ໃສ:
-\(P\) ແມ່ນຄວາມກົດດັນທາງໄຮໂດຼສະຖິດ,
– \( \rho \) ແມ່ນຄວາມໜາແໜ້ນຂອງນ້ຳ,
-\(g\) ແມ່ນຄວາມເລັ່ງຍ້ອນແຮງໂນ້ມຖ່ວງ,
– \( h \) ແມ່ນຄວາມເລິກ ຫຼື ຄວາມສູງຂອງນ້ຳທີ່ຢູ່ເໜືອຈຸດນັ້ນ.
ຫຼັກການຂອງຄວາມກົດດັນທາງນໍ້າ
ຫຼັກການຂອງຄວາມກົດດັນທາງໄຮໂດຣສະຖິດແມ່ນອີງໃສ່ກົດໝາຍຂອງປາສກາລ, ເຊິ່ງລະບຸວ່າຄວາມກົດດັນທີ່ໃຊ້ກັບຂອງແຫຼວໃນພື້ນທີ່ຈຳກັດແມ່ນຖືກສົ່ງຕໍ່ເທົ່າທຽມກັນໃນທຸກທິດທາງ. ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມກົດດັນຢູ່ຈຸດໃດກໍໄດ້ໃນຂອງແຫຼວແມ່ນຂຶ້ນກັບຄວາມເລິກຂອງຈຸດນັ້ນຈາກໜ້າດິນຂອງຂອງແຫຼວເທົ່ານັ້ນ ແລະ ບໍ່ໄດ້ຂຶ້ນກັບຮູບຮ່າງ ຫຼື ພື້ນທີ່ຂອງພາຊະນະທີ່ມີຂອງແຫຼວ.
ຕົວຢ່າງ, ຖ້າພວກເຮົາມີຖັນນໍ້າຢູ່ໃນພາຊະນະຮູບຊົງກະບອກ, ຄວາມດັນຢູ່ທາງລຸ່ມຂອງພາຊະນະຈະເທົ່າກັນເຖິງແມ່ນວ່າຮູບຮ່າງຂອງພາຊະນະຈະແຕກຕ່າງກັນ, ຕາບໃດທີ່ຄວາມເລິກຍັງເທົ່າກັນ.
ຕົວຢ່າງຂອງການຄິດໄລ່ຄວາມກົດດັນຂອງນໍ້າ
ເພື່ອເຂົ້າໃຈວ່າສູດຄວາມດັນໄຮໂດຣສະຖິດເຮັດວຽກແນວໃດ, ໃຫ້ພວກເຮົາເບິ່ງຕົວຢ່າງການຄິດໄລ່ງ່າຍໆ:
ສົມມຸດວ່າພວກເຮົາມີສະລອຍນ້ຳທີ່ມີຄວາມເລິກ 5 ແມັດ. ຖ້າຄວາມໜາແໜ້ນຂອງນ້ຳ (\( \rho \)) ແມ່ນ 1000 kg/m³ ແລະ ຄວາມເລັ່ງຍ້ອນແຮງໂນ້ມຖ່ວງ (\( g \)) ແມ່ນ 9,8 m/s², ຫຼັງຈາກນັ້ນຄວາມດັນໄຮໂດຣສະແຕັກຕິກຢູ່ທາງລຸ່ມຂອງສະລອຍນ້ຳສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້:
\[ P = \rho gh \]
\[ P = 1000 \, \text{kg/m}^3 \ຄູນ 9,8 \, \text{m/s}^2 \ຄູນ 5 \, \text{m} \]
\[ P = 49,000 \, \text{Pa} \]
ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມກົດດັນທາງໄຮໂດຣສະຖິດຢູ່ທາງລຸ່ມຂອງສະລອຍນ້ຳແມ່ນ 49,000 ປາສກາລ.
ຜົນກະທົບຂອງຄວາມໜາແໜ້ນ ແລະ ແຮງໂນ້ມຖ່ວງ
ຈາກສູດຂ້າງເທິງ, ພວກເຮົາສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າຄວາມກົດດັນທາງໄຮໂດຣສະຖິດແມ່ນຂຶ້ນກັບຄວາມໜາແໜ້ນຂອງນ້ຳ ແລະ ຄວາມເລັ່ງຍ້ອນແຮງໂນ້ມຖ່ວງ. ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງນ້ຳແຕກຕ່າງກັນໄປສຳລັບນ້ຳແຕ່ລະຊະນິດ. ຕົວຢ່າງ, ນ້ຳທະເລມີຄວາມໜາແໜ້ນສູງກວ່ານ້ຳຈືດເນື່ອງຈາກປະລິມານເກືອຂອງມັນ. ສິ່ງນີ້ເຮັດໃຫ້ຄວາມກົດດັນທາງໄຮໂດຣສະຖິດໃນມະຫາສະໝຸດສູງກວ່າເລັກນ້ອຍກ່ວາໃນທະເລສາບ ຫຼື ແມ່ນ້ຳທີ່ມີຄວາມເລິກດຽວກັນ.
ຄວາມເລັ່ງຍ້ອນແຮງໂນ້ມຖ່ວງ (\(g \)) ຍັງມີບົດບາດສຳຄັນ. ຢູ່ໜ້າໂລກ, ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວ \(g \) ຖືວ່າຄົງທີ່ປະມານ 9,8 m/s², ແຕ່ຢູ່ສະຖານທີ່ຕ່າງໆ (ຕົວຢ່າງ, ຢູ່ທີ່ຄວາມສູງຫຼາຍ ຫຼື ຢູ່ເທິງດາວເຄາະອື່ນໆ), ຄ່າຂອງ \(g \) ສາມາດແຕກຕ່າງກັນໄປ, ເຊິ່ງຈະສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ຄວາມກົດດັນທາງໄຮໂດຣສະຖິດ.
ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຄວາມກົດດັນທາງນໍ້າ
1. ການກໍ່ສ້າງໃຕ້ນ້ຳ: ໃນການກໍ່ສ້າງໂຄງສ້າງໃຕ້ນ້ຳ ເຊັ່ນ: ເຂື່ອນ, ຂົວ ແລະ ອຸໂມງ, ການຄິດໄລ່ຄວາມດັນນ້ຳສະຖິດແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍ. ວິສະວະກອນຕ້ອງຮັບປະກັນວ່າໂຄງສ້າງແຂງແຮງພຽງພໍທີ່ຈະຕ້ານທານກັບຄວາມດັນທີ່ເກີດຈາກນ້ຳອ້ອມຂ້າງ.
2. ການແພດ ແລະ ຊີວະວິທະຍາ: ໃນຮ່າງກາຍຂອງມະນຸດ, ເລືອດໄຫຼຜ່ານເສັ້ນເລືອດພາຍໃຕ້ອິດທິພົນຂອງຄວາມກົດດັນທີ່ຄ້າຍຄືກັນກັບຄວາມກົດດັນທາງນໍ້າ. ການເຂົ້າໃຈແນວຄວາມຄິດນີ້ຊ່ວຍໃນການສຶກສາການໄຫຼວຽນຂອງເລືອດ ແລະ ຜົນກະທົບຂອງແຮງໂນ້ມຖ່ວງຕໍ່ຮ່າງກາຍ.
3. ການອອກແບບເຮືອດຳນ້ຳ ແລະ ພາຫະນະໃຕ້ນ້ຳ: ເຮືອດຳນ້ຳ ແລະ ພາຫະນະໃຕ້ນ້ຳອື່ນໆໄດ້ຖືກອອກແບບມາໃຫ້ທົນທານຕໍ່ຄວາມກົດດັນຂອງນ້ຳໃນຄວາມເລິກສະເພາະ. ໂດຍການເຂົ້າໃຈ ແລະ ການຄິດໄລ່ຄວາມກົດດັນນີ້, ວິສະວະກອນສາມາດຮັບປະກັນຄວາມປອດໄພ ແລະ ປະສິດທິພາບທີ່ດີທີ່ສຸດຂອງເຮືອ.
4. ວິທະຍາສາດມະຫາສະໝຸດ: ນັກວິທະຍາສາດຜູ້ທີ່ສຶກສາມະຫາສະໝຸດໃຊ້ຄວາມກົດດັນທາງໄຮໂດຣສະຖິດເພື່ອວັດແທກຄວາມເລິກຂອງມະຫາສະໝຸດ ແລະ ເຂົ້າໃຈການເຄື່ອນໄຫວຂອງຂອງແຫຼວທີ່ຢູ່ໃຕ້ໜ້າດິນ. ເຄື່ອງມືຕ່າງໆເຊັ່ນ: ເຄື່ອງວັດແທກຄວາມດັນ ແລະ ໂຊນາແມ່ນອີງໃສ່ຫຼັກການຂອງຄວາມກົດດັນທາງໄຮໂດຣສະຖິດ.
ປະກົດການຄວາມກົດດັນທາງໄຮໂດຣສະຖິດ
1. ປະກົດການເຮືອທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັນ: ຖ້າຫຼາຍພາຊະນະທີ່ມີຂອງແຫຼວເຊື່ອມຕໍ່ກັນ, ຂອງແຫຼວຈະມີຄວາມສູງເທົ່າກັນໃນແຕ່ລະພາຊະນະ, ໂດຍບໍ່ຄໍານຶງເຖິງຮູບຮ່າງ ຫຼື ຂະໜາດຂອງພາຊະນະ. ນີ້ແມ່ນຍ້ອນຄວາມດັນນໍ້າສະຖິດດຽວກັນຢູ່ທີ່ຄວາມເລິກດຽວກັນ.
2. ຜົນກະທົບຂອງເສັ້ນເລືອດຝອຍ: ໃນທໍ່ເສັ້ນເລືອດຝອຍທີ່ແຄບຫຼາຍ, ນ້ຳສາມາດຂຶ້ນ ຫຼື ຫຼຸດລົງພາຍໃນທໍ່ໄດ້ຍ້ອນການກະທຳຂອງເສັ້ນເລືອດຝອຍ, ເຊິ່ງເກີດຈາກຄວາມຕຶງຜິວໜ້າ ແລະ ການຍຶດຕິດລະຫວ່າງນ້ຳ ແລະ ຝາທໍ່. ເຖິງແມ່ນວ່ານີ້ແມ່ນປະກົດການທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ແຕ່ຄວາມກົດດັນທາງນ້ຳຍັງມີບົດບາດໃນການກຳນົດຄວາມສູງຂອງນ້ຳໃນທໍ່ເສັ້ນເລືອດຝອຍ.
3. ຄວາມດັນໄຮໂດຣໄດນາມິກ: ເມື່ອຂອງແຫຼວເຄື່ອນທີ່, ຄວາມດັນໄຮໂດຣສະຖິດສາມາດປ່ຽນເປັນຄວາມດັນໄຮໂດຣໄດນາມິກໄດ້. ແນວຄວາມຄິດນີ້ມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍໃນການສຶກສາການໄຫຼຂອງຂອງແຫຼວ ແລະ ອາກາດໄດນາມິກ.
ການວັດແທກຄວາມກົດດັນຂອງນໍ້າ
ຄວາມດັນໄຮໂດຣສະຖິດສາມາດວັດແທກໄດ້ໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງມືວັດແທກປະເພດຕ່າງໆ, ເຊັ່ນ:
1. ມາໂນມິເຕີ: ເຄື່ອງມືນີ້ໃຊ້ເພື່ອວັດແທກຄວາມດັນຂອງນໍ້າໃນລະບົບປິດ. ມາໂນມິເຕີງ່າຍໆປະກອບດ້ວຍທໍ່ຮູບຕົວ U ທີ່ເຕັມໄປດ້ວຍນໍ້າ, ບ່ອນທີ່ຄວາມແຕກຕ່າງຂອງລະດັບນໍ້າໃນສອງຂາຂອງທໍ່ຊີ້ບອກເຖິງຄວາມດັນ.
2. ບາໂຣມິເຕີ: ເຄື່ອງມືນີ້ໃຊ້ເພື່ອວັດແທກຄວາມກົດດັນຂອງບັນຍາກາດ. ບາໂຣມິເຕີປະເພດບາຫຼອດແບບດັ້ງເດີມເຮັດວຽກໂດຍອີງໃສ່ຫຼັກການຂອງຄວາມກົດດັນທາງໄຮໂດຣສະຖິດ.
3. ເຊັນເຊີຄວາມດັນ: ໃນການນຳໃຊ້ທີ່ທັນສະໄໝ, ເຊັນເຊີເອເລັກໂຕຣນິກຖືກນຳໃຊ້ເພື່ອວັດແທກຄວາມດັນນ້ຳດ້ວຍຄວາມແມ່ນຍຳສູງ. ເຊັນເຊີເຫຼົ່ານີ້ມັກຖືກນຳໃຊ້ໃນອຸດສາຫະກຳ, ການແພດ, ແລະ ການຄົ້ນຄວ້າວິທະຍາສາດ.
ສະຫຼຸບ
ຄວາມດັນໄຮໂດຣສະຖິດແມ່ນແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານໃນຟີຊິກຂອງແຫຼວທີ່ອະທິບາຍເຖິງຄວາມດັນທີ່ເກີດຈາກຂອງແຫຼວໃນຄວາມເລິກທີ່ກຳນົດໃຫ້. ໂດຍການໃຊ້ສູດງ່າຍໆ \( P = \rho gh \), ພວກເຮົາສາມາດຄິດໄລ່ຄວາມດັນນີ້ ແລະ ນຳໃຊ້ມັນໃນຫຼາຍໆສະຖານະການປະຕິບັດ, ຕັ້ງແຕ່ການກໍ່ສ້າງຈົນເຖິງການແພດ. ການເຂົ້າໃຈຄວາມດັນໄຮໂດຣສະຖິດບໍ່ພຽງແຕ່ຊ່ວຍໃຫ້ພວກເຮົາອະທິບາຍປະກົດການທຳມະຊາດເທົ່ານັ້ນ ແຕ່ຍັງຊ່ວຍໃນການອອກແບບເຕັກໂນໂລຊີ ແລະ ໂຄງສ້າງທີ່ປອດໄພ ແລະ ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂຶ້ນ. ຜ່ານການນຳໃຊ້ ແລະ ປະກົດການທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ, ພວກເຮົາສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າແນວຄວາມຄິດນີ້ມີຄວາມສຳຄັນແນວໃດໃນຊີວິດປະຈຳວັນ ແລະ ວິທະຍາສາດໂດຍລວມ.
