Pascalův princip [snadno vysvětlit]

Francouzský fyzik a matematik Blaise Pascal (1623-1662), různě přispěl k teorii pravděpodobnosti, matematice a přírodopisu. Nejznámější je Pascalův princip chování tekutin.

Pascalův postulát je to docela jednoduché, snadno pochopitelné a velmi užitečné. Prostřednictvím experimentů Pascal zjistil, že tlak v kapalinách je v klidovém stavu přenášen rovnoměrně po celém objemu a všemi směry.

Pascalovo prohlášení, Na základě studia kapalin se používá pro konstrukci nejrůznějších hydraulických zařízení, jako jsou lisy, výtahy, brzdy automobilů a další.

Základní koncepty pro pochopení Pascalova principu

Tlak

Tlak je poměr aplikované síly na jednotku plochy. Měří se mimo jiné v jednotkách jako Pascal, bar, atmosféra, kilogramy na čtvereční centimetr, psi (libra na čtvereční palec). [1]

Tlak je nepřímo úměrný aplikovanému povrchu nebo ploše: čím větší plocha, tím menší tlak, čím menší plocha, tím větší tlak. Například na obrázku 2 je síla 10 N vyvíjena na hřebík, jehož špička má velmi malou plochu, zatímco stejná síla 10 N je aplikována na sekáč, jehož špička má větší plochu než špička nehtu. Vzhledem k tomu, že hřebík má velmi malou špičku, veškerá síla působí na její špičku a vyvíjí na ni velký tlak, zatímco v dlátu umožňuje větší oblast více rozložení síly, což vytváří menší tlak.

Tento účinek lze pozorovat také v písku nebo na sněhu. Pokud žena nosí sportovní botu nebo velmi malou botu na podpatku, má bota s velmi jemným podpatkem tendenci více se potápět, protože veškerá její váha je soustředěna na velmi malé ploše (patě).

Hydrostatický tlak

Je to tlak vyvíjený tekutinou v klidu na každou ze stěn nádoby, která obsahuje tekutinu. Je to proto, že kapalina má tvar nádoby a je v klidu, v důsledku čehož se stává, že na každou ze stěn působí jednotná síla.

Tekutiny

Hmota může být v pevném, kapalném, plynném nebo plazmatickém stavu. Hmota v pevném stavu má určitý tvar a objem. Kapaliny mají určitý objem, ale nikoli určitý tvar, přičemž přijímají tvar nádoby, která je obsahuje, zatímco plyny nemají ani určitý objem, ani určitý tvar.

Kapaliny a plyny jsou považovány za „tekutiny“, protože v nich jsou molekuly drženy pohromadě slabými kohezními silami, když jsou vystaveny tangenciálním silám, které mají tendenci proudit, pohybují se v nádobě, která je obsahuje. Kapaliny jsou systémy, které jsou v neustálém pohybu.

Pevné látky přenášejí sílu, která na ně působí, zatímco v kapalinách a plynech se přenáší tlak.

ZÁSADA PASCALU

Francouzský fyzik a matematik Blaise Pascal různě přispěl k teorii pravděpodobnosti, matematice a přírodní historii. Nejznámější je princip, který nese jeho jméno na chování tekutin. [2]

Prohlášení o Pascalově principu

Pascalův princip uvádí, že tlak vyvíjený kdekoli v uzavřené a nestlačitelné tekutině se přenáší rovnoměrně ve všech směrech skrz tekutinu, to znamená, že tlak v celé tekutině je konstantní. [3].

Příklad Pascalova principu lze vidět na obrázku 3. Otvory byly vytvořeny v nádobě a zazátkovány, poté naplněny vodou (tekutinou) a bylo umístěno víko. Když na víko nádoby působí síla, ve vodě je vyvíjen tlak, který je ve všech směrech stejný, takže všechny zátky, které byly v otvorech, vycházejí.

Jedním z jeho nejznámějších experimentů byl Pascalova injekční stříkačka. Injekční stříkačka byla naplněna kapalinou a připojena k trubkám, když byl vyvíjen tlak na píst injekční stříkačky, kapalina stoupala do stejné výšky v každé z trubek. Bylo tedy zjištěno, že zvýšení tlaku kapaliny, která je v klidu, se přenáší rovnoměrně po celém objemu a ve všech směrech. [4].

APLIKACE PASCÁLNÍ ZÁSADY

Aplikace Pascalův princip V každodenním životě je lze vidět v mnoha hydraulických zařízeních, jako jsou hydraulické lisy, kladkostroje, brzdy a zvedáky.

Hydraulický lis

Hydraulický lis je to zařízení, které umožňuje zesílit síly. Princip činnosti, založený na Pascalově principu, se používá v lisech, výtazích, brzdách a v široké škále hydraulických zařízení.

Skládá se ze dvou válců, z různých oblastí, naplněných olejem (nebo jinou kapalinou) a vzájemně komunikovaných. Jsou také umístěny dva písty nebo písty, které zapadají do válců, takže jsou v kontaktu s kapalinou. [5].

Příklad hydraulického lisu je uveden na obrázku 4. Když se na píst s menší plochou Al aplikuje síla F1, vytvoří se v kapalině tlak, který se okamžitě přenáší uvnitř válců. V pístu s větší oblastí A1 dochází k síle F2, která je mnohem větší než použitá síla, což závisí na poměrech oblastí A2 / A2.

Cvičení 1. Chcete-li zvednout auto, chcete si postavit hydraulický zvedák. Jaký vztah musí mít průměry pístů hydraulického pístu, aby při použití síly 100 N mohl zvednout 2500 kg automobil na větším pístu? Viz obrázek 5.

Řešení

U hydraulických zvedáků je splněn Pascalov princip, kde je tlak oleje uvnitř hydraulického zvedáku stejný, ale síly se „znásobí“, když mají písty různé oblasti. Určení plošného poměru pístů hydraulického zvedáku:

• Vzhledem k hmotnosti vozu, 2.500 6 kg, kterou chcete zvednout, můžete určit hmotnost vozu pomocí druhého Newtonova zákona. [XNUMX]

Zveme vás k přečtení článku Newtonovy zákony „snadno pochopitelné“

• Je použit Pascalov princip, vyrovnávající tlaky v pístech.
• Vztah plochy plunžru je vymazán a hodnoty nahrazeny. Viz obrázek 6.

Plochy pístu by měly mít poměr 24,52, například pokud máte malý píst s poloměrem 3 cm (oblast A₁= 28,27 cm²), velký píst by měl mít poloměr 14,8 cm (plocha A₂= 693,18 cm²).

Hydraulický zvedák

Hydraulický zdvih je mechanické zařízení sloužící ke zvedání těžkých předmětů. Hydraulické výtahy se používají v mnoha autoservisech k provádění oprav pod vozidly.

Provoz hydraulických výtahů je založen na Pascalově principu. Výtahy obvykle používají olej pro přenos tlaku na písty. Elektromotor aktivuje hydraulické čerpadlo, které vyvíjí tlak na píst s nejmenší plochou. V pístu s největší plochou se síla „znásobuje“, což umožňuje zvednout opravovaná vozidla. Viz obrázek 7.

Cvičení 2. Najděte maximální zatížení, které lze zvednout pomocí hydraulického zdvihu, jehož plocha nejmenšího pístu je 28 cm2 a největšího pístu je 1520 cm2, pokud je maximální síla, kterou lze použít, 500 N. Viz postavení 8.

řešení:

Vzhledem k tomu, že Pascalov princip je splněn u hydraulických zvedáků, budou tlaky na písty stejné, takže pokud znáte maximální sílu, kterou lze aplikovat na menší píst, vypočítá se maximální síla, která bude vyvíjena na velký píst (F2), zobrazené na obrázku 9.

Známe-li maximální hmotnost (F2), kterou lze zvednout, je hmotnost určena pomocí druhého Newtonova zákona [6], takže lze zvedat vozidla o hmotnosti až 2766,85 kg. Viz obrázek 10. Podle tabulky na obrázku 8, z průměrné hmotnosti vozidla, bude výtah schopen zvedat pouze kompaktní vozy s průměrnou hmotností 2.500 XNUMX kg.

Hydraulické brzdy

Brzdy se na vozidlech používají k jejich zpomalení nebo úplnému zastavení. Obecně platí, že hydraulické brzdy mají mechanismus, jako je ten, který je znázorněn na obrázku. Sešlápnutím brzdového pedálu se vyvíjí síla, která se přenáší na píst o malé ploše. Působící síla vytváří tlak uvnitř brzdové kapaliny. [7].

V kapalině se tlak přenáší všemi směry, až k druhému pístu, kde se síla zesiluje. Píst působí na kotouče nebo bubny a brzdí pneumatiky vozidla.

ZÁVĚRY

Pascalův princip uvádí, že u nestlačitelných tekutin v klidu je tlak v celé tekutině konstantní. Tlak vyvíjený kdekoli v uzavřené tekutině se přenáší rovnoměrně všemi směry a smysly.

Mezi aplikacemi Pascalův princip Existuje řada hydraulických zařízení, jako jsou lisy, výtahy, brzdy a zvedáky, zařízení, která umožňují zesílit síly, podle vztahu oblastí v plunžrech zařízení.

Nepřestávejte kontrolovat na našich webových stránkách Newtonův zákon, Termodynamické principyse Bernoulliho princip mimo jiné velmi zajímavé.

REFERENCIAS

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