Hydrostatischer Druck
von griechisch: ὕδωρ ("hydor") - Wasser und στασις ("stasis") - Stillstand
Synonym: Schweredruck, Gravitationsdruck
Englisch: fluid pressure, hydrostatic pressure
Definition
Der hydrostatische Druck ist der Druck, der innerhalb eines ruhenden Fluids durch den Einfluss der Gewichtskraft entsteht. Der Begriff wird nicht nur für Wasser, sondern auch für andere Flüssigkeiten und sogar für Gase verwendet.
In der Medizin versteht man unter dem hydrostatischen Druck meist den Druck, den die stehende Blutsäule in einem Gefäß auf die Gefäßwand ausübt.
Nomenklatur
In der Physik wird der hydrostatische Druck auch als Schweredruck bezeichnet. Der Schweredruck ist unabhängig vom Umgebungsdruck (Luftdruck). In der Medizin ist die Nomenklatur uneinheitlich. Teilweise wird der Umgebungsdruck in die Berechnung des hydrostatischen Drucks einbezogen. Wenn im Folgenden vom hydrostatischem Druck gesprochen wird, ist damit der Schweredruck im physikalischen Sinn gemeint.
Berechnung
Der hydrostatische Druck entspricht dem Druck an einem gewählten Messpunkt, der in einer ruhenden Flüssigkeit durch ihre eigene Masse erzeugt wird. Er entsteht also dadurch, dass das Eigengewicht der höheren Flüssigkeitsschichten auf die unteren Schichten drückt. Abhängig von der Lage des Punktes an dem man diesen "Schweredruck" bestimmen möchte, ist er demnach also weiter "oben" geringer als "unten".
Vereinfacht kann man für Wasser und andere Flüssigkeiten den hydrostatischen Druck berechnen aus
- der lokalen Erdbeschleunigung/dem Ortsfaktor g (in Deutschland gilt außerhalb der Alpen auf 2 Stellen hinter dem Komma gerundet g= 9,81 m s-2),
- der Dichte pfl der Flüssigkeit (Einheit in kg m-3) und
- der Höhe h der Flüssigkeitssäule (Einheit in m).
Es gilt:
| p(h) = pfl * g * h |
Der hydrostatische Druck wird in Pa, bar oder mmHg angegeben, wobei 1 bar = 100.000 Pa und 1 mmHg = 133,322 Pa ist. Pascal ist die SI-Einheit des Drucks. 1 Pa entspricht 1 N m-2.
Für Faustregelrechnungen wird der Normaldruck auf Meereshöhe von 1,01325 bar auf 1 bar gerundet. Der Druck von 1 bar entspricht ungefähr dem Druck einer Wassersäule von 10 m. Eine mehr oder weniger auf Meereshöhe befindliche, nach oben offene Wassersäule von 20 m weist also an einem Messpunkt unterhalb der Säule einen hydrostatischen Druck von 2 bar auf.
Einbeziehung des Umgebungsdrucks
Auf der Oberfläche nach oben offener Gefäße, wozu auch stehende Gewässer wie Seen etc. zu rechnen sind, muss der auf die Oberfläche der Flüssigkeit einwirkende Luftdruck p0 dem hydrostatischen Druck der Wasserschichten p(h) hinzugerechnet werden. Der Luftdruck agiert in diesem Fall als eine Art Kolbendruck. Er wird auch als "Umgebungsdruck" oder "atmosphärischer Druck" bezeichnet.
Der Gesamtdruck errechnet sich folgendermaßen:
| p = p0 + p(h) |
Im oben genannten Beispiel würde also auf den hydrostatischen Druck von 2 bar in 20 m Wassertiefe ein Luftdruck von 1 bar aufaddiert, was zu einem Gesamtdruck von 3 bar führt.
Der Luftdruck wirkt auf geschlossene Körper bzw. Gefäße in alle Richtungen gleich. Bei Fragestellungen zu Druckverhältnissen innerhalb des menschlichen Körpers - z.B. zur Auswirkung des hydrostatischen Drucks des Blutes auf den arteriellen Blutdruck eines stehenden Menschen - ist der Luftdruck daher irrelevant.
Anwendungen in der Medizin
In der Tauchmedizin muss der Luftdruck bei Berechnungen berücksichtigt werden. Für Tauchgänge weit oberhalb des Meeresspiegels, z.B. beim Tauchen in Bergseen, nimmt p0 auf Grund der Höhenlage erheblich kleinere Werte an als auf Meeresspiegelniveau. Der auf den Körper einwirkende Gesamtdruck ist daher beim Tauchen in großen Höhen geringer als beim Tauchen im Meer.