Υδροστατική

Η Υδροστατική αποτελεί το μέρος εκείνο της Φυσικής που πραγματεύεται κυρίως τα ηρεμούντα υγρά. Αποτελεί δε κλάδο της Μηχανικής των υγρών ή Υδρομηχανικής.

Ιστορική εξέλιξη της Υδροστατικής

Με τη συμπεριφορά των υγρών είτε «εν στάσει» είτε «εν ηρεμία» ασχολήθηκε από τους αρχαιότατους χρόνους ο άνθρωπος, στη προσπάθειά του να επιλύσει τα διάφορα πρακτικά προβλήματα που του παρουσιάζονταν. Η πρώτη όμως συστηματική μελέτη των υγρών ανάγεται στην ελληνική αρχαιότητα. Πραγματικά τον 3ο αιώνα π.Χ. ο Αρχιμήδης είναι ο πρώτος που ανακαλύπτει την άνωση και διατυπώνει την ομώνυμή του αρχή. Με τα υγρα ασχολήθηκε επίσης και ο Ήρων ο Αλεξανδρεύς.

Κατά τη διάρκεια του Μεσαίωνα και μέχρι τους νεώτερους χρόνους μικρή μόνο πρόοδος σημειώθηκε στην Υδροστατική και αυτή θεωρητική. Όπως το 1583 περίπου, ο Ολλανδός μαθηματικός Σίμον Στεβάιν (Simon Stevin, 1548-1620) απέδειξε ότι η πίεση που ασκεί ένα υγρό πάνω σε μια δεδομένη επιφάνεια εξαρτάται απο το βάθος στο οποίο βρίσκεται η επιφάνεια και όχι απο το σχήμα του δοχείου που περιέχει το υγρό. Όμως κατά τον 17ο αιώνα ο Βλάσιος Πασκάλ διατύπωσε τη θεμελιώδη αρχή της υδροστατικής τη γνωστή ως «Αρχή του Πασκάλ». Από τότε η περαιτέρω πρόοδος της υδροστατικής συνίσταται κυρίως αφενός σε θεωρητικές διερευνήσεις των δύο παραπάνω βασικών αρχών, αφετέρου σε πρακτικές εφαρμογές των πορισμάτων αυτών.

Αρχές της Υδροστατικής

Η Υδροστατική στηρίζεται στις δύο κυρίως αρχές: στην «Αρχή του Πασκάλ» κατά την οποία η υδροστατική πίεση παραμένει σταθερά σε όλη τη μάζα του ηρεμούντος υγρού, που δεν υφίσταται επίδραση δυναμικού πεδίου και στην «Αρχή του Αρχιμήδη», σύμφωνα με την οποία κάθε σώμα βαπτιζόμενο σε υγρό υφίσταται άνωση ίση με το βάρος του ύδατος που εκτοπίζει. Μια τρίτη επίσης αρχή αφορά το συμπιεστόν των υγρών. Από τις τρείς αυτές αρχές προκύπτουν όλα τα θεωρήματα, οι νόμοι και οι εφαρμογές της υδροστατικής.

• Η συμπεριφορά των πραγματικών υγρών υπό την επίδραση των μοριακών δυνάμεων αποτελεί ιδιαίτερο κεφάλαιο της Υδροστατικής όπου και εξετάζονται η επιφανειακή τάση, τα τριχοειδή φαινόμενα οι δυνάμεις συνοχής και συνάφειας κλπ.

Οι σημαντικότεροι νόμοι και αρχές της υδροστατικής αναλυτικά είναι:

Θεμελιώδης νόμος της υδροστατικής

Ο νόμος αυτός αφορά υγρό που ισορροπεί μέσα σε ένα βαρυτικό πεδίο. Ο θεμελιώδης νόμος της υδροστατικής αναφέρει ότι η πίεση που ασκείται από το υγρό σε ένα σημείο του που βρίσκεται σε βάθος h, ισούται με το γινομενο της πυκνότητας του υγρού (ρ), της επιτάχυνσης της βαρύτητας (g) και του βάθους από την επιφάνεια του υγρού (h), δηλαδή ισχύει:
$P=\mathbf {\rho gh}$

Αρχή του Πασκάλ

Η αρχή του Πασκάλ διατυπώθηκε από τον Μπλεζ Πασκάλ και αναφέρει ότι η πίεση που δημιουργεί ένα εξωτερικό αίτιο σε κάποιο σημείο του υγρού μεταφέρεται αναλλοίωτη σε όλα τα σημειά του υγρού.

Αρχή του Αρχιμήδη

Η αρχή του Αρχιμήδη που διατυπώθηκε από τον αρχαίο Έλληνα μαθηματικό Αρχιμήδη, αναφέρει ότι κάθε σώμα που είναι πλήρως βυθισμένο σε ένα ρευστό δέχεται δύναμη άνωσης, ίση με το βάρος του ρευστού που εκτοπίζει. Ισχύει δηλαδή:
$A=\mathbf {B}$_υγρ