اصل پاسکال [به راحتی توضیح داده می شود]

فیزیکدان و ریاضی دان فرانسوی بلز پاسکال (1623-1662) ، کمک های مختلفی به نظریه احتمال ، ریاضیات و تاریخ طبیعی کرد. مشهورترین اصل پاسکال در مورد رفتار مایعات است.

فرض پاسکال کاملاً ساده ، قابل فهم و بسیار مفید است. پاسکال طی آزمایشات دریافت که فشار مایعات در حالت استراحت به طور یکنواخت در کل حجم و از همه جهات منتقل می شود.

بیانیه پاسکال ، بر اساس مطالعه مایعات ، برای طراحی انواع مختلفی از تجهیزات هیدرولیکی مانند پرس ، آسانسور ، ترمز اتومبیل و غیره استفاده می شود.

مفاهیم اساسی برای درک اصل پاسکال

فشار

فشار نسبت نیروی اعمال شده به واحد سطح است. این واحد در واحدهایی مانند پاسکال ، میله ، جو ، کیلوگرم در سانتی متر مربع ، psi (پوند در اینچ مربع) و سایر موارد اندازه گیری می شود. [1]

فشار با سطح یا مساحت اعمال شده متناسب است: هرچه مساحت بیشتر باشد ، فشار کمتر ، مساحت کمتری خواهد داشت ، فشار بیشتر خواهد بود. به عنوان مثال ، در شکل 2 نیرویی برابر با 10 N بر روی میخی که نوک آن مساحت بسیار کمی دارد اعمال می شود ، در حالی که همان نیروی 10 N بر روی اسکنه ای که نوک آن مساحت بیشتری نسبت به نوک ناخن دارد اعمال می شود. از آنجا که ناخن نوک بسیار کوچکی دارد ، تمام نیرو به نوک آن وارد می شود و فشار زیادی به آن وارد می شود ، در حالی که در اسکنه ، ناحیه بزرگتر اجازه می دهد نیرو بیشتر توزیع شود و فشار کمتری ایجاد می کند.

این اثر را می توان در ماسه یا برف نیز مشاهده کرد. اگر زنی کفش ورزشی یا کفش پاشنه بسیار کوچکی بپوشد ، با یک کفش پاشنه کاملاً انگشتی تمایل دارد بیشتر غرق شود ، زیرا تمام وزن آن در یک ناحیه بسیار کوچک (پاشنه) متمرکز شده است.

فشار هیدرواستاتیک

این فشار وارد شده توسط مایعات در حالت استراحت بر روی هر یک از دیواره های ظرف است که حاوی مایع است. این به این دلیل است که مایع شکل ظرف را می گیرد و در حالت استراحت است ، در نتیجه ، اتفاق می افتد که یک نیروی یکنواخت به هر یک از دیواره ها وارد شود.

مایعات

ماده می تواند در حالت جامد ، مایع ، گازی یا پلاسما باشد. ماده در حالت جامد دارای شکل و حجم مشخصی است. مایعات دارای حجم مشخصی هستند ، اما شکل مشخصی ندارند ، به شکلی از ظرفی که آنها را در بر می گیرد ، می پذیرند ، در حالی که گازها نه حجم مشخصی دارند و نه شکل مشخصی.

مایعات و گازها به عنوان "مایعات" در نظر گرفته می شوند ، زیرا در این مولکول ها توسط نیروهای منسجم ضعیف به هم متصل می شوند ، وقتی تحت نیروهای مماسی قرار بگیرند تمایل به جریان دارند و در ظرفی که حاوی آنها است حرکت می کنند. مایعات سیستمی هستند که در حرکت مداوم هستند.

جامدات نیرویی را که به آن وارد می شود منتقل می کنند ، در حالی که در مایعات و گازها فشار منتقل می شود.

اصل پاسکال

فیزیکدان و ریاضیدان فرانسوی ، بلیز پاسکال ، کمک های مختلفی در نظریه احتمالات ، ریاضیات و تاریخ طبیعی کرد. بهترین شناخته شده اصلی است که نام او را در رفتار مایعات نشان می دهد. [2]

بیان اصل پاسکال

اصل پاسکال بیان می کند که فشار وارد شده در هر جایی از یک مایع محصور و غیرقابل انعطاف به طور مساوی در تمام جهات در سراسر مایع منتقل می شود ، یعنی فشار در سراسر مایع ثابت است. [3]

نمونه ای از اصل پاسکال را می توان در شکل 3 مشاهده کرد. روزنه هایی را در یک ظرف ایجاد کرده و با چوب پنبه پوشانده و سپس با آب (مایع) پر کرده و درب آن را می گذارند. وقتی نیرویی به درب ظرف وارد می شود ، فشاری در آب ایجاد می شود که از هر جهت مساوی است و باعث می شود تمام چوب پنبه هایی که در سوراخ ها بودند ، خارج شوند.

یکی از مشهورترین آزمایشات وی سرنگ پاسکال بود. سرنگ با مایع پر شد و به لوله ها متصل شد ، وقتی فشار بر روی پیستون سرنگ وارد شد ، مایع در هر یک از لوله ها به همان ارتفاع رسید. بنابراین ، مشخص شد که افزایش فشار مایعی که در حالت استراحت است به طور یکنواخت در کل حجم و در همه جهات منتقل می شود. [4]

کاربردهای اصل پاسکال

برنامه های کاربردی اصل پاسکال آنها را می توان در زندگی روزمره در تجهیزات هیدرولیکی متعددی مانند پرس هیدرولیک ، بالابر ، ترمز و جک مشاهده کرد.

فشار هیدرولیکی

پرس هیدرولیک این دستگاهی است که اجازه می دهد نیروها را تقویت کند. اصل کار ، بر اساس اصل پاسکال ، در پرسها ، آسانسورها ، ترمزها و در طیف گسترده ای از دستگاه های هیدرولیکی مورد استفاده قرار می گیرد.

این شامل دو سیلندر ، از مناطق مختلف ، پر از روغن (یا مایع دیگر) است و با یکدیگر ارتباط برقرار می کند. همچنین دو پیستون یا پیستون وجود دارد که درون سیلندرها قرار می گیرند ، به طوری که با مایع در تماس هستند. [5]

نمونه ای از پرس هیدرولیک در شکل 4 نشان داده شده است. وقتی نیرویی F1 به پیستون ناحیه کوچکتر A1 وارد شود ، فشاری در مایع ایجاد می شود که بلافاصله به داخل سیلندرها منتقل می شود. در پیستونی با مساحت بزرگتر A2 ، نیرویی F2 تجربه می شود ، بسیار بیشتر از نیروی اعمال شده ، که به نسبت مناطق A2 / A1 بستگی دارد.

ورزش 1. برای بلند کردن اتومبیل ، می خواهید جک هیدرولیک بسازید. قطرهای پیستون های رم هیدرولیکی چه ارتباطی باید داشته باشند تا با اعمال نیرویی 100 N بتواند اتومبیلی 2500 کیلوگرمی را روی پیستون بزرگتر بلند کند؟ شکل 5 را ببینید.

راه حل

در جک های هیدرولیکی ، اصل پاسکال ، جایی که فشار روغن درون جک هیدرولیک یکسان است ، رعایت می شود ، اما وقتی پیستون ها دارای مناطق مختلف باشند ، نیروها "چند برابر" می شوند. برای تعیین نسبت مساحت پیستون های جک هیدرولیک:

• با توجه به جرم خودرو ، 2.500 کیلوگرم ، که می خواهید بلند کنید ، با استفاده از قانون دوم نیوتن وزن ماشین را تعیین کنید. [6]

ما شما را به دیدن مقاله دعوت می کنیم قوانین نیوتن "درک آسان"

• اصل پاسکال اعمال می شود ، فشارهای موجود در پیستون ها را یکسان می کند.
• رابطه منطقه پیستون ها پاک شده و مقادیر جایگزین می شوند. شکل 6 را ببینید.

مناطق پیستون باید دارای نسبت 24,52 باشد ، به عنوان مثال ، اگر یک پیستون کوچک با شعاع 3 سانتی متر دارید (منطقه A₁= 28,27 سانتی متر²) ، پیستون بزرگ باید دارای شعاع 14,8 سانتی متر باشد (مساحت A)₂= 693,18 سانتی متر²).

آسانسور هیدرولیک

بالابر هیدرولیکی وسیله مکانیکی است که برای بلند کردن اجسام سنگین استفاده می شود. از آسانسورهای هیدرولیک در بسیاری از فروشگاه های خودرو برای انجام تعمیرات زیر خودرو استفاده می شود.

عملکرد آسانسورهای هیدرولیکی بر اساس اصل پاسکال انجام می شود. آسانسورها معمولاً از روغن برای انتقال فشار به پیستون ها استفاده می کنند. یک موتور الکتریکی یک پمپ هیدرولیک را فعال می کند که با کمترین مساحت به پیستون فشار وارد می کند. در پیستونی با بیشترین مساحت ، نیرو "چند برابر" می شود و می تواند وسایل نقلیه را برای تعمیر بلند کند. شکل 7 را ببینید.

تمرین 2. حداکثر باری را که می توان با بالابر هیدرولیکی بلند کرد که مساحت کوچکترین پیستون آن 28 سانتی متر مربع است و بزرگترین پیستون آن 2 سانتی متر مربع است ، در حالی که حداکثر نیرویی که می تواند 1520 نیوتن باشد. شکل 2.

راه حل:

از آنجا که اصل پاسکال در بالابرهای هیدرولیکی رعایت می شود ، فشارها بر روی پیستون ها برابر خواهد بود ، بنابراین با دانستن حداکثر نیرویی که می توان روی پیستون کوچکتر وارد کرد ، حداکثر نیرویی که بر پیستون بزرگ وارد خواهد شد (F2) محاسبه می شود ، در شکل 9 نشان داده شده است.

با دانستن حداکثر وزنی (F2) که می توان بلند کرد ، جرم با استفاده از قانون دوم نیوتن [6] تعیین می شود ، بنابراین وسایل نقلیه با وزن تا 2766,85 کیلوگرم می توانند بلند شوند. شکل 10 را مشاهده کنید. مطابق جدول 8 ، از میانگین توده های خودرو ، فقط اتومبیل های جمع و جور با جرم متوسط ​​2.500 کیلوگرم می توانند با بالابر بلند شوند.

ترمزهای هیدرولیک

از ترمزها در وسایل نقلیه برای کاهش سرعت یا توقف کامل آنها استفاده می شود. به طور کلی ، ترمزهای هیدرولیکی مکانیزمی مانند مکانیزم نشان داده شده در شکل دارند. با فشار دادن پدال ترمز نیرویی وارد می شود که به یک پیستون با منطقه کوچک منتقل می شود. نیروی وارد شده باعث ایجاد فشار در داخل روغن ترمز می شود. [7]

در مایع فشار از هر جهت منتقل می شود ، تا پیستون دوم که در آن نیرو تقویت می شود. پیستون بر روی دیسک ها یا درام ها عمل می کند تا لاستیک های خودرو را ترمز کند.

نتیجه گیری

اصل پاسکال بیان می کند ، برای مایعات غیرقابل انعطاف در حالت استراحت ، فشار در سراسر مایع ثابت است. فشار وارد شده در هر نقطه از سیال محصور شده به یک اندازه در تمام جهات و جهات منتقل می شود.

از جمله برنامه های کاربردی اصل پاسکال تجهیزات هیدرولیکی بی شماری مانند پرس ، آسانسور ، ترمز و جک وجود دارد ، دستگاههایی که اجازه می دهند نیروها را افزایش دهند ، با توجه به رابطه مناطق در پیست دستگاه.

بررسی در وب سایت ما را متوقف نکنید قانون نیوتن, اصول ترمودینامیکی، اصل برنولی در میان دیگران بسیار جالب است.

REFERENCIAS

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