Se una persona volesse sapere quanto oro o altri metalli meno preziosi ci sono in una corona, come fece notoriamente Archimede, sarebbe necessario comprendere il principio dell’equilibrio idrostatico, o equilibrio idrostatico; questo può essere realizzato con l’aiuto di un’attrezzatura da laboratorio che condivide il nome: una bilancia idrostatica. In sostanza, questo dispositivo misura il peso di una sostanza o di un oggetto, come una pietra preziosa o un fluido. Lo fa confrontando il peso dell’oggetto sospeso nell’aria e ancora 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 esercita 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 un recipiente attaccato per contenere la sostanza in questione.
Per determinare le caratteristiche di densità utilizzando 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 della gravità fornisce ai ricercatori informazioni vitali sulla densità dell’oggetto o su come una sostanza o un oggetto si comporteranno sotto 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. In sostanza, quando la gravità preme verso il basso – 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 verso l’alto 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. La bilancia idrostatica può sospendere elementi in altre miscele oltre all’acqua, per misurare la gravità delle sostanze. Le misure possono anche rilevare la purezza di sostanze che potrebbero essere mescolate con altri elementi; per esempio, se una corona contiene impurità, o nel caso di Archimede, argento, che ha un equilibrio idrostatico misurabilmente diverso dall’oro. Oggi la tecnologia trova impiego in applicazioni quali gemmologia, astrofisica, geologia e atmosfera; su scale più grandi, il principio è usato per descrivere le caratteristiche dei pianeti e delle stelle. In tutti questi contesti, l’equilibrio idrostatico si riferisce a come una sostanza può comportarsi o mantenere la sua forma o composizione sotto pressioni variabili.
Tradizionalmente, la tecnologia dell’equilibrio idrostatico si basava su apparecchiature meccaniche. Questa tecnologia era tipicamente modellata come un equilibrio comune: una struttura a forma di T che supportava due piatti su entrambe le estremità. Le differenze di peso farebbero piegare il bilanciere verso l’elemento più pesante.
Le moderne apparecchiature di bilanciamento idrostatico si basano su un accurato rilevamento elettronico. La tecnologia può assomigliare a una bilancia con un singolo recipiente sospeso a una piattaforma elettronica. Gli strumenti possono essere scalati a varie dimensioni; alcuni sono progettati per il funzionamento da banco, mentre altri sono attrezzature più grandi e indipendenti per gestire navi più grandi.
I dispositivi moderni offrono uscite digitali e numerose altre letture di precisione. I sensori digitali computerizzati possono segnalare non solo il dato equilibrio idrostatico di un elemento, ma possono anche fornire informazioni calcolate aggiuntive. Tali dati potrebbero includere analisi in esecuzione e confronti tra serie di misurazioni, nonché conversioni di unità tra sistemi imperiali o metrici; per una pronta produzione in qualsiasi misura richiesta.