Pascalin periaate [helposti selitettävissä]

Ranskalainen fyysikko ja matemaatikko Blaise Pascal (1623-1662), osallistui useaan otteeseen todennäköisyysteoriaan, matematiikkaan ja luonnontieteeseen. Tunnetuin on Pascalin periaate nesteiden käyttäytymisestä.

Pascalin postulaatti se on melko yksinkertainen, helppo ymmärtää ja erittäin hyödyllinen. Kokeiden avulla Pascal havaitsee, että paine nesteissä lepotilassa siirtyy tasaisesti koko tilavuuden ja suuntaan.

Pascalin lausunto, Nesteiden tutkimuksen perusteella sitä käytetään muun muassa monenlaisten hydraulilaitteiden, kuten puristinten, hissien, autojarrujen, suunnitteluun.

Peruskäsitteet Pascalin periaatteen ymmärtämiseksi

paine

Paine on sovelletun voiman suhde pinta-alayksikköä kohti. Se mitataan muun muassa Pascalin, baarin, ilmakehän, kilogrammoina neliösenttimetriä kohden, psi (punta per neliötuuma) yksikköinä. [1]

Paine on kääntäen verrannollinen levitettyyn pintaan tai pinta-alaan: mitä suurempi alue, sitä pienempi paine, sitä pienempi alue, sitä suurempi paine. Esimerkiksi kuvassa 2 10 N: n voima kohdistuu naulaan, jonka kärjellä on hyvin pieni alue, kun taas sama 10 N: n voima kohdistetaan taltalle, jonka kärjen pinta-ala on suurempi kuin naulan kärki. Koska naulalla on hyvin pieni kärki, kaikki voima kohdistuu sen kärkeen kohdistamalla siihen suurta painetta, kun taas taltassa suurempi alue sallii voiman jakautumisen enemmän, mikä tuottaa vähemmän painetta.

Tämä vaikutus voidaan havaita myös hiekassa tai lumessa. Jos nainen käyttää urheilukenkää tai hyvin pientä kantapääkenkää, erittäin hienovaraisella kantakengällä se taipuu uppoamaan enemmän, koska kaikki sen paino on keskittynyt hyvin pienelle alueelle (kantapää).

Hydrostaattinen paine

Neste on säiliön jokaisessa seinässä levossa olevan nesteen aiheuttama paine. Tämä johtuu siitä, että neste ottaa astian muodon ja se on levossa, minkä seurauksena tapahtuu, että kuhunkin seinään vaikuttaa yhtenäinen voima.

nesteet

Aine voi olla kiinteässä, nestemäisessä, kaasumaisessa tai plasmatilassa. Kiinteässä tilassa olevalla aineella on selkeä muoto ja tilavuus. Nesteillä on tarkka tilavuus, mutta ei määrätty muoto, joka hyväksyy ne sisältävän säiliön muodon, kun taas kaasuilla ei ole määriteltyä määrää eikä määrää.

Nesteitä ja kaasuja pidetään "nesteinä", koska niissä molekyylejä pidetään yhdessä heikoissa koheesiovoimissa, kun niihin kohdistuu tangentiaalisia voimia, joilla niillä on taipumus virrata liikkuen niitä sisältävässä säiliössä. Nesteet ovat järjestelmiä, jotka ovat jatkuvassa liikkeessä.

Kiinteät aineet välittävät siihen kohdistuvan voiman, kun taas nesteissä ja kaasuissa paine siirtyy.

PASCALIN PERIAATE

Ranskalainen fyysikko ja matemaatikko Blaise Pascal teki useita panoksia todennäköisyysteoriassa, matematiikassa ja luonnontieteessä. Tunnetuin on periaate, joka kantaa hänen nimeään nesteiden käyttäytymisestä. [2]

Lausunto Pascalin periaatteesta

Pascalin periaate toteaa, että missä tahansa suljetussa ja kokoonpuristumattomassa nesteessä käytettävä paine siirtyy tasaisesti kaikkiin suuntiin koko nesteessä, ts. paine koko nesteessä on vakio. [3].

Esimerkki Pascalin periaatteesta voidaan nähdä kuvassa 3. Reiät tehtiin astiaan ja korkkiin, sitten ne täytettiin vedellä (neste) ja kansi asetettiin. Kun säiliön kanteen kohdistetaan voima, veteen kohdistuu paine, joka on yhtä suuri kaikkiin suuntiin, jolloin kaikki reikissä olevat korkit tulevat ulos.

Yksi hänen tunnetuimmista kokeistaan ​​oli Pascalin ruisku. Ruisku täytettiin nesteellä ja liitettiin putkiin. Kun ruiskun mäntään kohdistettiin painetta, neste nousi samalle korkeudelle kussakin putkessa. Siten havaittiin, että levossa olevan nesteen paineen nousu välittyy tasaisesti koko tilavuuden ja suuntaan. [4].

PASKALIPERIAATTEEN SOVELTAMINEN

Sovellukset Pascalin periaate Ne näkyvät jokapäiväisessä elämässä lukuisissa hydraulilaitteissa, kuten hydraulipuristimissa, nostimissa, jarruissa ja tunkeissa.

Hydraulinen puristin

Hydraulinen puristin se on laite, joka mahdollistaa voimien vahvistamisen. Pascalin periaatteeseen perustuvaa toimintaperiaatetta käytetään puristimissa, hisseissä, jarruissa ja monissa erilaisissa hydraulilaitteissa.

Se koostuu kahdesta eri alueista olevasta sylinteristä, jotka on täytetty öljyllä (tai muulla nesteellä) ja jotka ovat yhteydessä toisiinsa. Kaksi mäntää tai mäntää on myös sijoitettu, jotka sopivat sylintereihin siten, että ne ovat kosketuksessa nesteen kanssa. [5].

Esimerkki hydraulipuristimesta on esitetty kuvassa 4. Kun voimaan F1 kohdistetaan mäntää, jonka alue on pienempi A1, nesteeseen syntyy paine, joka välittyy välittömästi sylinterien sisään. Männässä, jonka pinta-ala A2 on suurempi, koetaan voimaa F2, joka on paljon suurempi kuin käytetty, joka riippuu alueiden A2 / A1 suhteista.

Harjoitus 1. Auton nostamiseksi haluat rakentaa hydraulisen tunkin. Millainen suhde hydraulisten männän halkaisijoiden on oltava, jotta 100 N voimalla se pystyy nostamaan 2500 kg: n auton isommalle männälle? Katso kuva 5.

Ratkaisu

Hydraulisissa tunkeissa Pascalin periaate täyttyy, kun öljynpaine hydraulisen tunkin sisällä on sama, mutta voimat "moninkertaistuvat", kun männillä on eri alueet. Hydraulisen tunkimännän pinta-alan suhteen määrittäminen:

• Kun otetaan huomioon nostettavan auton massa, 2.500 kg, määritä auton paino Newtonin toisen lain mukaan. [6]

Kutsumme sinut tutustumaan artikkeliin Newtonin lait "helppo ymmärtää"

• Pascalin periaatetta sovelletaan, tasaamalla mäntien paineet.
• Männän pinta-ala-suhde tyhjennetään ja arvot korvataan. Katso kuva 6.

Männän pinta-alan tulisi olla 24,52, esimerkiksi jos sinulla on pieni mäntä, jonka säde on 3 cm (alue A₁= 28,27 cm²), suuren männän säteen tulisi olla 14,8 cm (alue A₂= 693,18 cm²).

Hidraulinen hissi

Hydraulinen hissi on mekaaninen laite, jota käytetään nostamaan raskaita esineitä. Hydraulisia hissejä käytetään monissa autoliikkeissä ajoneuvojen alapuolisten korjausten suorittamiseen.

Hydraulisten hissien käyttö perustuu Pascalin periaatteeseen. Hissit käyttävät yleensä öljyä paineen siirtämiseen mäntiin. Sähkömoottori aktivoi hydraulipumpun, joka painaa mäntää pienimmällä alueella. Männässä, jonka pinta-ala on suurin, voima "kerrotaan" voidakseen nostaa korjattavat ajoneuvot. Katso kuva 7.

Harjoitus 2. Etsi suurin nostokyky, joka voidaan nostaa hydraulisella nostimella, jonka pienimmän männän pinta-ala on 28 cm2, ja suurimman männän pinta-ala on 1520 cm2, kun suurin mahdollinen voima on 500 N. Katso kuva 8.

ratkaisu:

Koska Pascalin periaate täyttyy hydraulisissa nostimissa, mäntien paineet ovat samat, joten kun tiedetään pienimpään mäntään kohdistettava suurin voima, lasketaan suurin mäntään kohdistuva suurin voima (F2), kuten kuvassa 9.

Kun tiedetään nostettavan enimmäispainon (F2), massa määritetään Newtonin toisen lain mukaan [6], jolloin ajoneuvoja, joiden paino on 2766,85 kg, voidaan nostaa. Katso kuva 10. Kuvan 8 taulukon mukaan ajoneuvon keskimääräisestä massasta hissi pystyy nostamaan vain pienikokoisia autoja, joiden keskimääräinen massa on 2.500 XNUMX kg.

Hydrauliset jarrut

Ajoneuvoissa käytetään jarruja niiden hidastamiseksi tai pysäyttämiseksi kokonaan. Yleensä hydraulisilla jarruilla on mekanismi, kuten kuvassa. Jarrupolkimen painaminen painaa voimaa, joka välittyy pienikokoiseen mäntään. Käytetty voima aiheuttaa paineen jarrunesteen sisään. [7].

Nesteessä paine siirtyy kaikkiin suuntiin, toiseen mäntään asti, jossa voima vahvistuu. Mäntä vaikuttaa levyihin tai rumpuihin jarruttaen ajoneuvon renkaita.

PÄÄTELMÄT

Pascalin periaate toteaa, että lepotilassa olevien puristamattomien nesteiden paine on vakio koko nesteessä. Missä tahansa suljetussa nesteessä käytettävä paine siirtyy tasaisesti kaikkiin suuntiin ja aisteihin.

Niiden joukossa Pascalin periaate On olemassa lukuisia hydraulisia laitteita, kuten puristimet, hissit, jarrut ja tunkit, laitteita, jotka mahdollistavat voimien vahvistamisen laitteen männissä olevien alueiden suhteen.

Älä lopeta verkkosivustomme tarkastelua Newtonin laki, Termodynaamiset periaatteet, Bernoullin periaate muun muassa erittäin mielenkiintoinen.

referencias

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