1.1.2. Давление
Давление p – величина, характеризующая интенсивность сил, действующих на какую-либо поверхность тела по направлениям, перпендикулярным к этой поверхности. Гидростатическое давление – это давление столба воды над условным уровнем (горизонтом).
В воде, находящейся в состоянии равновесия, действует только сила тяжести и давление на горизонте z соответствует уравнению гидростатики:
,
(1.2)
где patm – атмосферное давление на поверхности воды, ρ(z) – функция плотности воды в столбе между поверхностью и выбранным горизонтом. Ускорение силы тяжести g(z) можно представить суммой двух слагаемых:
,
(1.3)
где поправка на глубину является константой a =1,09210-6, а ускорение на поверхности
зависит от широты ():
g0=9,780318(1+(5,278810-3+2,3610-5sin2)sin2). (1.4)
Единицей давления в Международной системе единиц СИ является паскаль (Па):
1 Па = 1 кгм-1с-2 = 1 Нм-2 .
Однако в океанологии до сих пор применяется единица давления – бар (1 бар=105 Па) или десятая доля бара – децибар (дцб). Это объясняется тем, что изменение давления на 1 дцб соответствует изменению глубины приблизительно на 1 м. Кросс-перевод используемых единиц давления приводятся в таблице 1.1.
Расчёт глубины погружения измерительной аппаратуры по измеренному гидростатическому давлению, как правило, выполняется по общепринятой формуле:
,
(1.5)
где p – давление (дцб), z – глубина (м), а коэффициенты равны: с1=9,72659; с2=-2,251210-5; c3=2,27910-10; c4=1,8210-15.
Таблица 1.1. Коэффициенты перевода единиц давления
Единицы измерения |
Па |
бар |
атм |
мм. рт. ст. |
фунт/ дюйм2 (psi) |
Па |
1 |
10-5 |
9,869·10-6 |
7,5024·10-3 |
1,4504∙10-4 |
бар |
105 |
1 |
0,9869 |
750,24 |
14,504 |
атмосфера |
101325 |
1,01325 |
1 |
760 |
14,697 |
мм рт. ст. |
133,322 |
0,00133 |
0,001316 |
1 |
0,01934 |
фунт/дюйм2 |
6,89476∙103 |
0,0689476 |
0,068021 |
51,712 |
1 |
мм вод. ст. |
9,80665·103 |
9,8067·10-2 |
9,683·10-2 |
73,5 |
1,4223 |
Наиболее распространенным способом измерения гидростатического давления является предварительное преобразование давления в относительную деформацию или в перемещение чувствительного элемента датчика.