Physic Labs
ステップ 1/4: 圧力は深さとともに増える
直感

水の各層はその上にある水全体を「支え」なければなりません。深いほど荷が重くなるので、圧力は深さに比例して増えます — 積み重ねた箱と同じです。

p(h)=p0+ρ g hp(h) = p_0 + \rho\,g\,h
解析

断面積 SS、高さ dhdh の小さな流体柱の釣り合いを考えます:底面を上に押す力 p Sp\,S は、上面を下に押す圧力と柱の重さ ρgS dh\rho g S\,dh を支えなければならず、dp=ρg dhdp = \rho g\,dh となります。積分して p(h)=p0+ρghp(h) = p_0 + \rho g h(hh は自由表面から測る)を得ます。