مبدأ باسكال [شرح سهل]

عالم الفيزياء والرياضيات الفرنسي بلاز باسكال (1623-1662) ، قدم مساهمات مختلفة في نظرية الاحتمالات والرياضيات والتاريخ الطبيعي. وأشهرها هو مبدأ باسكال في سلوك السوائل.

مسلمة باسكال إنه بسيط للغاية وسهل الفهم ومفيد للغاية. من خلال التجارب ، وجد باسكال أن الضغط في السوائل ، في حالة الراحة ، ينتقل بشكل موحد في جميع أنحاء الحجم وفي جميع الاتجاهات.

بيان باسكال ، بناءً على دراسة السوائل ، يتم استخدامه لتصميم مجموعة متنوعة من المعدات الهيدروليكية مثل المطابع والمصاعد ومكابح السيارات وغيرها.

المفاهيم الأساسية لفهم مبدأ باسكال

الضغط

الضغط هي نسبة القوة المطبقة لكل وحدة مساحة. يقاس بوحدات مثل باسكال ، بار ، الغلاف الجوي ، كيلوغرام لكل سنتيمتر مربع ، psi (رطل لكل بوصة مربعة) ، من بين أمور أخرى. [1]

الضغط يتناسب عكسيا مع السطح أو المساحة المطبقة: كلما كبرت المساحة ، كلما قل الضغط ، كلما قلت المساحة ، زاد الضغط. على سبيل المثال ، في الشكل 2 ، يتم ممارسة قوة مقدارها 10 نيوتن على مسمار له طرفه مساحة صغيرة جدًا ، بينما يتم تطبيق نفس القوة البالغة 10 نيوتن على إزميل له طرفه مساحة أكبر من طرف الظفر. نظرًا لأن رأس الظفر صغير جدًا ، يتم تطبيق كل القوة على طرفه ، مما يمارس ضغطًا كبيرًا عليه ، بينما في الإزميل ، تسمح المنطقة الأكبر بتوزيع القوة بشكل أكبر ، مما ينتج عنه ضغط أقل.

يمكن ملاحظة هذا التأثير أيضًا في الرمال أو الثلج. إذا كانت المرأة ترتدي حذاءًا رياضيًا أو حذاء كعب صغير جدًا ، فمع حذاء ذو ​​كعب رفيع جدًا يميل إلى الغرق أكثر لأن كل وزنه يتركز في منطقة صغيرة جدًا (الكعب).

الضغط الهيدروليكي

هو الضغط الذي يمارسه السائل عند الراحة على كل من جدران الحاوية التي تحتوي على السائل. هذا لأن السائل يأخذ شكل الحاوية وهو في حالة سكون ، ونتيجة لذلك ، يحدث أن تعمل قوة موحدة على كل جدار.

السوائل

يمكن أن تكون المادة في حالة صلبة أو سائلة أو غازية أو بلازما. المادة في الحالة الصلبة لها شكل وحجم محددان. السوائل لها حجم محدد ، ولكن ليس بشكل محدد ، وتتخذ شكل الحاوية التي تحتوي عليها ، بينما الغازات ليس لها حجم محدد ولا شكل محدد.

تعتبر السوائل والغازات "موائع" ، حيث إن الجزيئات في هذه ، ترتبط ببعضها البعض بواسطة قوى تماسك ضعيفة ، عندما تتعرض لقوى عرضية فإنها تميل إلى التدفق ، وتتحرك في الحاوية التي تحتوي عليها. السوائل هي أنظمة في حالة حركة مستمرة.

تنقل المواد الصلبة القوة التي تمارس عليها ، بينما تنتقل ضغط السوائل والغازات.

مبدأ باسكال

قدم الفيزيائي وعالم الرياضيات الفرنسي بليز باسكال مساهمات مختلفة في نظرية الاحتمالات والرياضيات والتاريخ الطبيعي. وأشهرها هو المبدأ الذي يحمل اسمه على سلوك السوائل. [2]

بيان مبدأ باسكال

مبدأ باسكال ينص على أن الضغط الذي يمارس في أي مكان في سائل مغلق وغير قابل للضغط ينتقل بالتساوي في جميع الاتجاهات في جميع أنحاء السائل ، أي أن الضغط في جميع أنحاء السائل ثابت. [3].

يمكن رؤية مثال على مبدأ باسكال في الشكل 3. تم عمل ثقوب في وعاء وسدها بالفلين ، ثم تملأ بالماء (السائل) ويوضع غطاء. عندما يتم تطبيق قوة على غطاء الحاوية ، يتم تقديم ضغط في الماء متساوٍ في جميع الاتجاهات ، مما يجعل جميع الفلين التي كانت في الفتحات تخرج.

كانت إحدى تجاربه الأكثر شهرة هي تجربة حقنة باسكال. كانت المحقنة مملوءة بسائل وتوصيلها بأنابيب ، وعندما يتم الضغط على مكبس المحقنة ، يرتفع السائل إلى نفس الارتفاع في كل أنبوب. وهكذا ، وجد أن الزيادة في ضغط السائل الساكن تنتقل بشكل موحد في جميع أنحاء الحجم وفي جميع الاتجاهات. [4].

تطبيقات مبدأ باسكال

تطبيقات مبدأ باسكال يمكن رؤيتها في الحياة اليومية في العديد من المعدات الهيدروليكية مثل المكابس الهيدروليكية والرافعات والمكابح والرافعات.

الضغط الهيدروليكي

المكبس الهيدروليكي إنه جهاز يسمح بتضخيم القوى. يُستخدم مبدأ التشغيل ، المستند إلى مبدأ باسكال ، في المكابس والمصاعد والمكابح وفي مجموعة متنوعة من الأجهزة الهيدروليكية.

يتكون من أسطوانتين ، من مناطق مختلفة ، مملوءة بالزيت (أو سائل آخر) ومتصلة ببعضها البعض. يتم أيضًا وضع اثنين من المكابس أو المكابس التي تتناسب مع الأسطوانات ، بحيث تكون على اتصال مع السائل. [5].

يظهر مثال على مكبس هيدروليكي في الشكل 4. عندما يتم تطبيق قوة F1 على المكبس ذي المساحة الأصغر A1 ، يتم إنشاء ضغط في السائل ينتقل على الفور داخل الأسطوانات. في المكبس ذي المساحة الأكبر A2 ، توجد قوة F2 ، أكبر بكثير من تلك المطبقة ، والتي تعتمد على نسب المناطق A2 / A1.

تمرين 1. لرفع سيارة ، أنت تريد بناء رافعة هيدروليكية. ما هي العلاقة التي يجب أن تكون لأقطار مكابس الكبسات الهيدروليكية بحيث يمكن من خلال تطبيق قوة مقدارها 100 نيوتن رفع سيارة 2500 كجم على المكبس الأكبر؟ انظر الشكل 5.

حل

في الرافعات الهيدروليكية ، يتحقق مبدأ باسكال ، حيث يكون ضغط الزيت داخل الرافعة الهيدروليكية هو نفسه ، ولكن "تتضاعف" القوى عندما يكون للمكابس مناطق مختلفة. لتحديد نسبة مساحة مكابس الرافعة الهيدروليكية:

• بالنظر إلى كتلة السيارة ، 2.500 كجم ، التي تريد رفعها ، حدد وزن السيارة باستخدام قانون نيوتن الثاني. [6]

نحن ندعوك لرؤية المقال قوانين نيوتن "سهلة الفهم"

• يتم تطبيق مبدأ باسكال ، معادلة الضغوط في المكابس.
• يتم مسح علاقة مساحة الغطاسات واستبدال القيم. انظر الشكل 6.

يجب أن تحتوي مناطق الغطاس على نسبة 24,52 ، على سبيل المثال ، إذا كان لديك مكبس صغير نصف قطره 3 سم (المنطقة أ₁= 28,27 سم²) ، يجب أن يكون نصف قطر المكبس الكبير 14,8 سم (المنطقة أ₂= 693,18 سم²).

مصعد هيدروليكي

المصعد الهيدروليكي هو جهاز ميكانيكي يستخدم لرفع الأشياء الثقيلة. تستخدم المصاعد الهيدروليكية في العديد من متاجر السيارات لإجراء إصلاحات تحت السيارة.

يعتمد تشغيل المصاعد الهيدروليكية على مبدأ باسكال. تستخدم المصاعد بشكل عام الزيت لنقل الضغط إلى المكابس. يقوم المحرك الكهربائي بتنشيط مضخة هيدروليكية تمارس الضغط على المكبس ذي المساحة الأصغر. في المكبس ذي المساحة الأكبر ، "تتضاعف" القوة ، بحيث تكون قادرة على رفع المركبات المراد إصلاحها. انظر الشكل 7.

تمرين 2. أوجد الحد الأقصى للحمل الذي يمكن رفعه برافعة هيدروليكية تبلغ مساحتها من أصغر مكبس 28 سم 2 ومساحة أكبر مكبس 1520 سم 2 ، عندما تكون أقصى قوة يمكن تطبيقها هي 500 نيوتن. الشكل 8.

الحل:

نظرًا لأن مبدأ باسكال يتم تحقيقه في الرافعات الهيدروليكية ، فإن الضغوط على المكابس ستكون متساوية ، وبالتالي معرفة القوة القصوى التي يمكن تطبيقها على المكبس الأصغر ، يتم حساب القوة القصوى التي سيتم بذلها على المكبس الكبير (F2) ، كما هو مبين في الشكل 9.

بمعرفة الوزن الأقصى (F2) الذي يمكن رفعه ، يتم تحديد الكتلة باستخدام قانون نيوتن الثاني [6] ، وبالتالي يمكن رفع المركبات التي يصل وزنها إلى 2766,85 كجم. انظر الشكل 10. وفقًا للجدول الموضح في الشكل 8 ، من بين متوسط ​​كتلة السيارة ، سيكون المصعد قادرًا فقط على رفع السيارات المدمجة ذات الكتلة المتوسطة التي يبلغ متوسط ​​وزنها 2.500 كجم.

الفرامل الهيدروليكية

تستخدم الفرامل في المركبات لإبطائها أو إيقافها تمامًا. بشكل عام ، تتميز الفرامل الهيدروليكية بآلية مثل تلك الموضحة في الشكل. يؤدي الضغط على دواسة الفرامل إلى إحداث قوة تنتقل إلى مكبس منطقة صغيرة. القوة المطبقة تخلق ضغطًا داخل سائل الفرامل. [7].

في السائل ينتقل الضغط في جميع الاتجاهات ، حتى مكبس ثان حيث يتم تضخيم القوة. يعمل المكبس على أقراص أو براميل لفرملة إطارات السيارة.

الاستنتاجات

مبدأ باسكال تنص على أنه بالنسبة للسوائل غير القابلة للضغط أثناء الراحة ، يكون الضغط ثابتًا في جميع أنحاء السائل. ينتقل الضغط الذي يمارس في أي مكان في السائل المغلق بالتساوي في جميع الاتجاهات والحواس.

من بين تطبيقات مبدأ باسكال هناك العديد من المعدات الهيدروليكية مثل المكابس والمصاعد والمكابح والرافعات ، وهي أجهزة تسمح بتضخيم القوى ، وفقًا لعلاقة المناطق في مكابس الجهاز.

لا تتوقف عن المراجعة على موقعنا على شبكة الإنترنت قانون نيوتن, مبادئ الديناميكا الحرارية، و مبدأ برنولي من بين أمور أخرى مثيرة للاهتمام للغاية.

المراجع

[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]