A folyadék statika a fizika olyan területe, amely magában foglalja a nyugalomban lévő folyadékok tanulmányozását. Mivel ezek a folyadékok nem mozognak, ez azt jelenti, hogy stabil egyensúlyi állapotot értek el, tehát a folyadék statika nagyrészt a folyadék egyensúlyi feltételeinek megértésén alapul. Ha nem összenyomható folyadékokra (például folyadékokra) koncentrál, szemben a összenyomható folyadékokkal (mint például a legtöbb.) gázok), erre néha hivatkoznak hidrosztatika.
A nyugalomban levő folyadékon nem tapasztalható puszta stressz, és csak a környező folyadék (és a fal, ha egy tartályban van) normál erőének hatása, amely a nyomás. (Erről bővebben az alábbiakban.) A folyadék egyensúlyi állapotának ez a formája a hidrosztatikus állapot.
Azok a folyadékok, amelyek nem hidrosztatikus vagy nyugalmi állapotban vannak, és ezért valamilyen mozgásban vannak, a folyadékmechanika másik mezőjébe esnek, folyadékdinamika.
A folyadékstatisztika főbb fogalmai
Teljes stressz vs. Normál stressz
Vegyünk egy folyadék keresztmetszeti szeletét. Azt mondják, hogy puszta stresszt él, ha koplanáris vagy egy síkban egy irányba mutató stresszt tapasztal. Egy ilyen folyadékban a puszta stressz a folyadék belsejében mozgást okoz. A normál stressz viszont egy nyomás erre a keresztmetszeti területre. Ha a terület falnak felel meg, például a főzőpohár oldalának, akkor a folyadék keresztmetszeti területe erőt fog kifejteni a falnak (a keresztmetszetre merőlegesen), tehát
nem másolatos hozzá). A folyadék erőt gyakorol a falnak, a fal pedig erőt gyakorol vissza, tehát nettó erő lép fel, és ezért a mozgás nem változik.A normál erő fogalma már a fizika tanulmányainak korai szakaszában ismerhető meg, mivel sokat mutat a munka és az elemzés során szabad test diagramok. Amikor valami még ül a földön, akkor a súlyának megfelelő erővel nyomja le a föld felé. A talaj viszont normális erőt fejt ki a tárgy aljára. Megtapasztalja a normál erőt, de a normál erő semmilyen mozgást nem eredményez.
A puszta erő akkor lenne, ha valaki oldalról lökne a tárgyra, ami olyan hosszú mozgást okozna az objektumon, hogy képes legyőzni a súrlódási ellenállást. A folyadék belsejében lévõ erõs sík azonban nem kerül súrlódás alá, mert a folyadék molekulái között nincs súrlódás. Ez része annak, ami két szilárd anyag helyett folyadékossá teszi.
De mondod, ez nem azt jelentené, hogy a keresztmetszetet visszahúzzák a folyadék többi részébe? És ez nem azt jelenti, hogy mozog?
Ez egy kiváló pont. A folyadék keresztmetszeti forgácsát visszaszorítják a folyadék többi részébe, de ha ezt megteszi, a többi folyadék visszahúzódik. Ha a folyadék nem összenyomható, akkor ez a nyomás nem mozgat semmire. A folyadék visszaszorul, és minden marad. (Ha összenyomható, vannak más szempontok is, de most tartsuk egyszerűen.)
Nyomás
A folyadék ezen apró keresztmetszetei egymáshoz és a tartály falához nyomódnak, apró erőket képviselnek, és ez az erő a folyadék másik fontos fizikai tulajdonságát eredményezi: a nyomás.
A keresztmetszeti helyek helyett fontolja meg a folyadék apró kockákra felosztását. A kocka mindegyik oldalát a környező folyadék (vagy a tartály felülete, ha a széle mentén) nyomja rá, és ezek mindegyike normális feszültség ezen oldalokkal szemben. A kis kocka belsejében levő összenyomhatatlan folyadék nem képes összenyomódni (elvégre ez az, amit az "összenyomhatatlan" jelent), tehát ezekben az apró kockákban nem változik a nyomás. Az ilyen apró kockák egyikére megnyomó erő normál erő lesz, amely pontosan kiküszöböli az erőket a szomszédos kockafelületekről.
Az erõk különbözõ irányokban történõ megszüntetése a hidrosztatikus nyomással kapcsolatos legfontosabb felfedezések, Pascal-törvény néven ismert, a briliáns francia fizikus és matematikus után. Blaise Pascal (1623-1662). Ez azt jelenti, hogy a nyomás bármely ponton azonos minden vízszintes irányban, és ezért a két pont közötti nyomásváltozás arányos lesz a magasságkülönbséggel.
Sűrűség
A folyékony statika megértésének másik kulcsfogalma a sűrűség a folyadék. Ez bekerül a Pascal-egyenletbe, és minden folyadék (valamint szilárd és gázos) sűrűsége meghatározható kísérletileg. Itt van egy maroknyi közös sűrűség.
Sűrűség a térfogat egységére eső tömeg. Most gondoljon különféle folyadékokra, mindegyikre osztva azokat a apró kockákat, amelyeket már említettem. Ha minden apró kocka azonos méretű, akkor a sűrűségbeli különbségek azt jelentik, hogy a különböző sűrűségű apró kockák különböző tömegűek lesznek benne. Egy nagyobb sűrűségű apró kockában több "cucc" lesz benne, mint egy kisebb sűrűségű apró kockában. A nagyobb sűrűségű kocka nehezebb lesz, mint az alacsonyabb sűrűségű kicsi kocka, ezért elsüllyed az alacsonyabb sűrűségű kicsi kockahoz képest.
Tehát, ha két folyadékot (vagy akár nem folyadékot) kever össze, a sűrűbb részek elsüllyednek, így a kevésbé sűrű részek megemelkednek. Ez is nyilvánvaló a felhajtóerő, amely elmagyarázza, hogy a folyadék elmozdulása hogyan hat felfelé, ha emlékszel Archimedes. Ha figyelni fog a két folyadék keverésére, amíg ez történik, például amikor olajat és vizet keverünk, akkor sok folyadék mozog, és ezt a folyadékdinamika.
De amint a folyadék eléri az egyensúlyt, akkor különböző sűrűségű folyadékok lesznek rétegekbe rendeződve, és a legnagyobb sűrűségű folyadék képezi az alsó réteget, amíg el nem éri a legalacsonyabb sűrűség folyadék a felső rétegben. Erre egy példát mutat az ezen az oldalon található ábra, ahol a különféle típusú folyadékok relatív sűrűségük alapján rétegezett rétegekké differenciálódtak.