Che cos'è un equilibrio idrostatico?
Se una persona volesse sapere quanto oro o altri metalli meno preziosi contenessero una corona, come notò Archimede, sarebbe necessario comprendere il principio dell'equilibrio idrostatico o dell'equilibrio idrostatico; questo può essere realizzato con l'aiuto di un pezzo di attrezzatura da laboratorio che condivide il nome: un equilibrio idrostatico. In sostanza, questo dispositivo prende misurazioni di peso di una sostanza o un oggetto, come una pietra preziosa o un fluido. Lo fa confrontando il peso dell'oggetto sospeso nell'aria e di nuovo nell'acqua, dove, come sanno i nuotatori, gli oggetti sembrano essere molto più leggeri; ciò è dovuto alla spinta verso l'alto che l'acqua pone su un oggetto, che può anche spostare l'acqua dal suo contenitore. L'apparecchiatura che misura queste caratteristiche spesso assomiglia a una bilancia meccanica o elettronica con una nave attaccata per contenere la sostanza in questione.
Per determinare le caratteristiche di densità usando una bilancia idrostatica, una sostanza viene prima pesata nell'aria, quindi la stessa sostanza viene immersa in un recipiente più grande contenente acqua. Queste due misurazioni vengono confrontate e formulate per descrivere la gravità della sostanza. La misura di gravità fornisce ai ricercatori informazioni vitali sulla densità dell'articolo o su come una sostanza o un oggetto si comporteranno a pressioni variabili.
L'equilibrio idrostatico si riferisce spesso alla relazione tra gravità e pressione del gas su una sostanza. Le sostanze subiscono diverse quantità di pressione a diverse profondità. Più profonda è l'area, maggiore è la pressione che subisce dalla gravità. Essenzialmente, quando la gravità si abbassa - un aumento relativo - aumenta anche il gradiente di pressione della sostanza. In parole povere, per misurare l'oro in una corona, può essere utile sapere che la forza ascendente dell'acqua su un oggetto è uguale al peso del suo fluido spostato.
Queste forze possono interagire con una sostanza in altri aspetti, come la temperatura e l'area superficiale, generando pressioni o energia. Il bilancio idrostatico può sospendere gli elementi in altre miscele e acqua, al fine di misurare la gravità delle sostanze. Le misure possono anche rilevare la purezza di sostanze che potrebbero essere miscelate con altri elementi; per esempio, se una corona contiene impurità o, nel caso di Archimede, l'argento, che ha un equilibrio idrostatico misurabile diverso dall'oro. Oggi la tecnologia trova impiego in applicazioni come gemmologia, astrofisica, geologia e atmosfera; su scale più grandi, il principio è usato per descrivere le caratteristiche di pianeti e stelle. In tutti questi contesti, l'equilibrio idrostatico si riferisce a come una sostanza può comportarsi o conservare la sua forma o composizione a pressioni variabili.
Tradizionalmente, la tecnologia dell'equilibrio idrostatico si basava su attrezzature meccaniche. Questa tecnologia era tipicamente modellata come un comune equilibrio: una struttura a forma di T che sosteneva due piatti su entrambe le estremità. Le differenze di peso farebbero piegare il bilanciere verso l'elemento più pesante.
Le moderne apparecchiature per bilance idrostatiche si basano su un accurato rilevamento elettronico. La tecnologia può assomigliare a una bilancia con un'unica nave sospesa da una piattaforma elettronica. Gli strumenti possono essere ridimensionati in varie dimensioni; alcuni sono progettati per il funzionamento da banco, mentre altri sono attrezzature più grandi e autonome per gestire navi più grandi.
I dispositivi moderni offrono uscite digitali e numerose altre letture di precisione. I sensori digitali computerizzati possono riferire non solo il dato equilibrio idrostatico di un elemento, ma possono anche generare informazioni calcolate aggiuntive. Tali dati potrebbero includere analisi in corso e confronti tra serie di misurazioni, nonché conversioni di unità tra sistemi imperiali o metrici; per un output pronto in qualsiasi misura richiesta.