Si une personne voulait savoir combien d’or ou d’autres métaux moins précieux se trouvaient dans une couronne, comme l’a fait Archimède, il serait nécessaire de comprendre le principe de l’équilibre hydrostatique, ou équilibre hydrostatique ; cela peut être accompli à l’aide d’une pièce d’équipement de laboratoire qui partage le nom – une balance hydrostatique. Essentiellement, cet appareil prend des mesures de poids d’une substance ou d’un objet, comme une pierre précieuse ou un fluide. Il le fait en comparant le poids de l’objet suspendu dans l’air et à nouveau dans l’eau, où, comme le savent les nageurs, les objets semblent être beaucoup plus légers ; cela est dû à la poussée vers le haut que l’eau place sur un objet, qui peut également déplacer l’eau de son conteneur. L’équipement qui mesure ces caractéristiques ressemble souvent à une balance mécanique ou électronique avec un récipient attaché pour contenir la substance en question.
Pour déterminer les caractéristiques de densité à l’aide d’une balance hydrostatique, une substance est d’abord pesée dans l’air, puis la même substance est plongée dans un récipient plus grand contenant de l’eau. Ces deux mesures sont comparées et formulées pour décrire la gravité de la substance. La mesure de la gravité donne aux chercheurs des informations vitales sur la densité de l’objet ou sur le comportement d’une substance ou d’un objet sous différentes pressions.
L’équilibre hydrostatique fait souvent référence à la relation entre la gravité et la pression du gaz sur une substance. Les substances subissent différentes pressions à différentes profondeurs. Plus la zone est profonde, plus elle subit la pression de la gravité. Essentiellement, à mesure que la gravité exerce une pression vers le bas – une augmentation relative – le gradient de pression de la substance augmente également. En termes simples, pour mesurer l’or dans une couronne, il peut être utile de savoir que la force ascendante de l’eau sur un objet est égale au poids de son fluide déplacé.
Ces forces peuvent interagir avec une substance sous d’autres aspects, tels que la température et la surface, en générant des pressions ou de l’énergie. La balance hydrostatique peut mettre en suspension des éléments dans d’autres mélanges ainsi que de l’eau, afin de mesurer la gravité des substances. Les mesures peuvent également détecter la pureté des substances qui pourraient être mélangées à d’autres éléments ; par exemple, si une couronne contient des impuretés, ou dans le cas d’Archimède, de l’argent, qui a un équilibre hydrostatique mesurable différent de celui de l’or. Aujourd’hui, la technologie trouve des utilisations dans des applications telles que la gemmologie, l’astrophysique, la géologie et l’atmosphère ; à plus grande échelle, le principe est utilisé pour décrire les caractéristiques des planètes et des étoiles. Dans tous ces contextes, l’équilibre hydrostatique fait référence à la façon dont une substance peut se comporter ou conserver sa forme ou sa composition sous différentes pressions.
Traditionnellement, la technologie de l’équilibre hydrostatique reposait sur un équipement mécanique. Cette technologie avait généralement la forme d’un équilibre commun : une structure en forme de T supportant deux plats à chaque extrémité. Les différences de poids feraient que le culbuteur s’inclinerait vers l’élément le plus lourd.
L’équipement d’équilibre hydrostatique contemporain repose sur une détection électronique rigoureuse. La technologie peut ressembler à une balance avec un seul navire suspendu à une plate-forme électronique. Les instruments peuvent être adaptés à différentes tailles ; certains sont conçus pour une utilisation sur paillasse, tandis que d’autres sont des équipements autonomes plus gros pour gérer de plus gros navires.
Les appareils modernes offrent des sorties numériques et de nombreuses autres lectures de précision. Les capteurs numériques informatisés peuvent signaler non seulement l’équilibre hydrostatique donné d’un élément, mais peuvent également produire des informations calculées supplémentaires. Ces données peuvent inclure des analyses et des comparaisons en cours entre des séries de mesures, ainsi que des conversions d’unités entre des systèmes impériaux ou métriques ; pour une sortie prête dans toutes les mesures requises.