Pascals Prinzip [leicht erklärt]
Der französische Physiker und Mathematiker Blaise Pascal (1623-1662), leistete verschiedene Beiträge zur Wahrscheinlichkeitstheorie, Mathematik und Naturgeschichte. Das bekannteste ist das Pascalsche Prinzip über das Verhalten von Flüssigkeiten.
Pascals Postulatcal es ist ganz einfach, leicht zu verstehen und sehr nützlich. Durch Experimente findet Pascal heraus, dass sich der Druck in Flüssigkeiten im Ruhezustand gleichmäßig über das Volumen und in alle Richtungen überträgt.
Pascals Aussage, Basierend auf der Untersuchung von Flüssigkeiten wird es für die Konstruktion einer Vielzahl von hydraulischen Geräten wie Pressen, Aufzügen, Autobremsen usw. verwendet.
Grundlegende Konzepte zum Verständnis des Pascal-Prinzips
Druck
Druck ist das Verhältnis der aufgebrachten Kraft pro Flächeneinheit. Es wird unter anderem in Einheiten wie Pascal, Bar, Atmosphäre, Kilogramm pro Quadratzentimeter, psi (Pfund pro Quadratzoll) gemessen. [1]
Druck ist umgekehrt proportional zur aufgebrachten Oberfläche oder Fläche: je größer die Fläche, desto geringer der Druck, desto kleiner die Fläche, desto größer der Druck. In Abbildung 2 wird beispielsweise eine Kraft von 10 N auf einen Nagel ausgeübt, dessen Spitze eine sehr kleine Fläche hat, während dieselbe Kraft von 10 N auf einen Meißel ausgeübt wird, dessen Spitze eine größere Fläche als die Nagelspitze hat. Da der Nagel eine sehr kleine Spitze hat, wird die gesamte Kraft auf seine Spitze ausgeübt, wodurch ein großer Druck ausgeübt wird, während im Meißel die größere Fläche eine stärkere Kraftverteilung ermöglicht, wodurch weniger Druck erzeugt wird.
Dieser Effekt ist auch bei Sand oder Schnee zu beobachten. Trägt eine Frau einen Sportschuh oder einen sehr kleinen Absatzschuh, neigt er bei einem sehr feinen Absatzschuh dazu, stärker einzusinken, da sich sein gesamtes Gewicht auf einen sehr kleinen Bereich (die Ferse) konzentriert.
Hydrostatischer Druck
Es ist der Druck, der von einer ruhenden Flüssigkeit auf jede der Wände des Behälters ausgeübt wird, der die Flüssigkeit enthält. Dies liegt daran, dass die Flüssigkeit die Form des Behälters annimmt und ruht, als Folge davon, dass auf jede der Wände eine gleichmäßige Kraft wirkt.
Flüssigkeiten
Materie kann in festem, flüssigem, gasförmigem oder Plasmazustand vorliegen. Materie in einem festen Zustand hat eine bestimmte Form und ein bestimmtes Volumen. Flüssigkeiten haben ein bestimmtes Volumen, aber keine bestimmte Form, indem sie die Form des Behälters annehmen, der sie enthält, während Gase weder ein bestimmtes Volumen noch eine bestimmte Form haben.
Flüssigkeiten und Gase werden als "Flüssigkeiten" bezeichnet, da in ihnen die Moleküle durch schwache Kohäsionskräfte zusammengehalten werden, wenn sie Tangentialkräften ausgesetzt sind, neigen sie dazu, zu fließen und sich in dem sie enthaltenden Behälter zu bewegen. Flüssigkeiten sind Systeme, die in ständiger Bewegung sind.
Feststoffe übertragen die auf sie ausgeübte Kraft, während bei Flüssigkeiten und Gasen Druck übertragen wird.
PASCALS PRINZIP
Der französische Physiker und Mathematiker Blaise Pascal hat verschiedene Beiträge zur Wahrscheinlichkeitstheorie, Mathematik und Naturgeschichte geleistet. Am bekanntesten ist das nach ihm benannte Prinzip zum Verhalten von Flüssigkeiten. [2]
Erklärung des Pascalschen Prinzips
Das Prinzip von Pascal besagt, dass der überall in einem eingeschlossenen und inkompressiblen Fluid ausgeübte Druck gleichmäßig in alle Richtungen durch das Fluid übertragen wird, d. h. der Druck im gesamten Fluid ist konstant. [3].
Ein Beispiel für das Pascalsche Prinzip ist in Abbildung 3 zu sehen. In einen Behälter wurden Löcher gebohrt und mit Korken bedeckt, dann mit Wasser (Flüssigkeit) gefüllt und ein Deckel aufgesetzt. Wenn auf den Deckel des Behälters eine Kraft ausgeübt wird, wird im Wasser ein Druck ausgeübt, der in alle Richtungen gleich ist, wodurch alle Korken, die sich in den Löchern befanden, herauskommen.
Eines seiner bekanntesten Experimente war das von Pascals Spritze. Die Spritze wurde mit einer Flüssigkeit gefüllt und mit einigen Schläuchen verbunden, wenn Druck auf den Kolben der Spritze ausgeübt wurde, stieg die Flüssigkeit in jedem der Schläuche auf die gleiche Höhe. So wurde festgestellt, dass der Druckanstieg einer ruhenden Flüssigkeit gleichmäßig über das Volumen und in alle Richtungen übertragen wird. [4].
ANWENDUNGEN DES PASCAL-PRINZIPS
Die Bewerbungen der Pascals Prinzip Sie sind im Alltag in zahlreichen hydraulischen Geräten wie hydraulischen Pressen, Hebezeugen, Bremsen und Wagenhebern zu sehen.
Hydraulische Presse
Die hydraulische Presse Es ist ein Gerät, das es ermöglicht, Kräfte zu verstärken. Das auf dem Pascal-Prinzip basierende Funktionsprinzip wird in Pressen, Aufzügen, Bremsen und in verschiedensten hydraulischen Geräten eingesetzt.
Es besteht aus zwei Zylindern mit unterschiedlichen Bereichen, die mit Öl (oder einer anderen Flüssigkeit) gefüllt und miteinander verbunden sind. Es gibt auch zwei Kolben oder Kolben, die in die Zylinder passen, so dass sie mit der Flüssigkeit in Kontakt stehen. [5].
Ein Beispiel für eine hydraulische Presse ist in Abbildung 4 dargestellt. Wenn eine Kraft F1 auf den Kolben mit der kleineren Fläche A1 ausgeübt wird, wird in der Flüssigkeit ein Druck erzeugt, der sofort in die Zylinder übertragen wird. Bei dem Kolben mit einer größeren Fläche A2 wird eine Kraft F2 erfahren, die viel größer ist als die ausgeübte, die von den Verhältnissen der Flächen A2/A1 abhängt.
Übung 1. Um ein Auto anzuheben, möchten Sie einen hydraulischen Wagenheber bauen. In welchem Verhältnis müssen die Durchmesser der Kolben des Hydraulikzylinders stehen, damit er mit einer Kraft von 100 N einen 2500 kg schweren Wagen auf den größeren Kolben heben kann? Siehe Abbildung 5.
Lösung
Bei Hydraulikzylindern wird das Pascal-Prinzip erfüllt, bei dem der Öldruck im Inneren des Hydraulikzylinders gleich ist, sich jedoch die Kräfte „vervielfachen“, wenn die Kolben unterschiedliche Flächen haben. Um das Flächenverhältnis der Hydraulikzylinderkolben zu bestimmen:
- Bestimmen Sie das Gewicht des Autos anhand des zweiten Newtonschen Gesetzes, wenn Sie die Masse des Autos, 2.500 kg, anheben möchten. [6]
Wir laden Sie ein, den Artikel zu sehen Newtons Gesetze "leicht zu verstehen"
- Es kommt das Pascal-Prinzip zum Einsatz, das die Drücke in den Kolben ausgleicht.
- Die Flächenbeziehung der Kolben wird gelöscht und die Werte ersetzt. Siehe Abbildung 6.
Die Kolbenflächen sollten beispielsweise ein Verhältnis von 24,52 haben, wenn Sie einen kleinen Kolben mit einem Radius von 3 cm haben (Fläche A1= 28,27 cm2), sollte der große Kolben einen Radius von 14,8 cm haben (Fläche A2= 693,18 cm2).
Hydraulischer Aufzug
Ein hydraulischer Aufzug ist ein mechanisches Gerät zum Heben schwerer Gegenstände. Hydraulische Hebebühnen werden in vielen Autowerkstätten verwendet, um Reparaturen unter dem Fahrzeug durchzuführen.
Die Funktionsweise von hydraulischen Aufzügen basiert auf dem Pascal-Prinzip. Aufzüge verwenden im Allgemeinen Öl, um Druck auf die Kolben zu übertragen. Ein Elektromotor betätigt eine Hydraulikpumpe, die Druck auf den Kolben mit der kleinsten Fläche ausübt. Im Kolben mit der größten Fläche wird die Kraft „vervielfacht“, um die zu reparierenden Fahrzeuge anzuheben. Siehe Abbildung 7.
Übung 2. Ermitteln Sie die maximale Last, die mit einem hydraulischen Aufzug angehoben werden kann, dessen Fläche des kleinsten Kolbens 28 cm2 und die des größten Kolbens 1520 cm2 beträgt, wenn die maximal aufzubringende Kraft 500 N beträgt. Siehe Abbildung 8.
Lösung:
Da das Pascal-Prinzip in Hydrostößeln erfüllt ist, sind die Drücke auf die Kolben gleich, also wird die maximale Kraft, die auf den kleineren Kolben ausgeübt werden kann, berechnet ( F2), als in Abbildung 9 gezeigt.
Bei Kenntnis des maximal zu hebenden Gewichts (F2) wird die Masse nach dem zweiten Newtonschen Gesetz [6] bestimmt, sodass Fahrzeuge bis 2766,85 kg gehoben werden können. Siehe Abbildung 10. Gemäß der Tabelle in Abbildung 8 können von den durchschnittlichen Fahrzeugmassen nur Kleinwagen mit einer durchschnittlichen Masse von 2.500 kg mit der Hebebühne angehoben werden.
Hydraulische Bremsen
Bremsen werden bei Fahrzeugen verwendet, um sie zu verlangsamen oder vollständig zu stoppen. Im Allgemeinen haben hydraulische Bremsen einen Mechanismus wie in der Abbildung gezeigt. Durch Niederdrücken des Bremspedals wird eine Kraft ausgeübt, die auf einen Kolben mit kleiner Fläche übertragen wird. Die aufgebrachte Kraft erzeugt einen Druck in der Bremsflüssigkeit. [7].
In der Flüssigkeit wird der Druck in alle Richtungen übertragen, bis zu einem zweiten Kolben, wo die Kraft verstärkt wird. Der Kolben wirkt auf Scheiben oder Trommeln, um die Reifen des Fahrzeugs zu bremsen.
FAZIT
Das Prinzip von Pascal besagt, dass bei inkompressiblen ruhenden Flüssigkeiten der Druck in der gesamten Flüssigkeit konstant ist. Der überall in der eingeschlossenen Flüssigkeit ausgeübte Druck wird in alle Richtungen und Richtungen gleichmäßig übertragen.
Zu den Anwendungen der Pascals Prinzip Es gibt zahlreiche hydraulische Geräte wie Pressen, Aufzüge, Bremsen und Heber, Vorrichtungen, die es ermöglichen, Kräfte entsprechend einem Flächenverhältnis in den Kolben der Vorrichtung zu verstärken.
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