Hydrostaattinen paine

Hydrostaattinen paine [i]p [/i]nestepinnan alla on voima yksikköpinta-alaa kohden joka kohdistetaan vaakasuoraan levyyn syvyydellä ℎ. Levyn pinta-ala on [i]A[/i].[br][br]Paine voidaan laskea yhtälöllä[br][br][math]p=\frac{G}{A}=\frac{mg}{A} = \frac{\overbrace{\rho A h}^{m=\rho V} g}{A}=\rho g h,[/math][br][br]missä [math]\rho[/math] on nesteen tiheys ja [i]g[/i] on maan vetovoiman aiheuttama kiihtyvyys.[br][color=#0000ff][br][b]HUOM! [/b][/color] Jos neste on vettä, jonka tiheys on 1000 kg/m[sup]3[/sup], ja kun maan vetovoiman kiihtyvyys[br]on 9.81 m/s[sup]2[/sup], on paine syvyydellä [i]h[/i] [br][br][math]p=1000  kg/m^3 ∙9.81  m/s^2 ∙h\, m=9800  kg/(m^2 s^2 )∙h m = 9800 N/m^2 =9800 \, Pa[/math][br][br]koska 1N =1 kg m/s[sup]2[/sup].[br][br][br]Jos levyn pohjan pinta-ala on [i]A[/i], ja jos pohja on jaettu pinta-alaelementteihin dA, jotka kukin sijaitsevat omalla syvyydellään ℎ saadaan, koko pohjaan kohdistuva voima summaamalla voimaelementit [math] dF=\rho g h dA.[/math] Koska voimaelementit lasketaan äärimmäisen ohuille pinta-alaelementeille, niin [br][br][math]F=\int df\,dA=\int \rho g h\,dA.[/math] [br]
Esimerkki:
Veteen on upotettuna puoliympyrän muotoinen levy (säde [i]R [/i]=0.15 m). Jos levy on upotettu kokonaan veteen niin että toinen reuna koskettaa pintaa, laske kokonaisvoima, jonka vesi kohdistaa levyn yhteen puoliskoon.
Vaakasuoraksi piirretty suikale levyn pinnalla on syvyydessä ℎ ja suikaleen leveys olkoon dℎ (katso kuvaa). Suikaleen pituus on[br][br][math] 2\sqrt{R^2−ℎ^2} m,[/math][br][br]joten sen pinta-alaelementti on[br][br][math]dA=2\sqrt{R^2-h^2}dh\,m^2.[/math][br][br]Veden aiheuttama voima tähän suikaleeseen voidaan laskea yhtälöllä[br][br][math] dF= \rho g h\, dA = 2\rho g h \sqrt{R^2-h^2}\, dh.[/math][br][br]Tällöin levyyn kohdistuva kokonaisvoima on[br][br][math]\begin{eqnarray}[br]F&=&\int_0^R dF= \int_0^R 2\rho g h \sqrt{R^2-h^2}\,dh\\[br]&=& 2 \rho g \frac{-1}{2} \left [\frac{2}{3} (R^2-h^2)\right ]_0^R\\[br]&=& -\frac{2}{3} \rho g \left [(R^2-h^2)\right ]_0^R\\[br]&=& \frac{2}{3}R^3\\[br]&\approx& 22.05N\end{eqnarray}[/math]

Information: Hydrostaattinen paine