Principe de Pascal [facilement expliqué]
Le physicien et mathématicien français Blaise Pascal (1623-1662), a apporté diverses contributions à la théorie des probabilités, des mathématiques et de l'histoire naturelle. Le plus connu est le principe de Pascal, sur le comportement des fluides.
Le postulat de Pascal c'est assez simple, facile à comprendre et très utile. Par des expériences, Pascal constate que la pression dans les liquides, à l'état de repos, est transmise uniformément dans tout le volume et dans toutes les directions.
déclaration de Pascal, Basé sur l'étude des fluides, il est utilisé pour la conception d'une grande variété d'équipements hydrauliques tels que des presses, des ascenseurs, des freins de voiture, entre autres.
Concepts de base pour comprendre le principe de Pascal
Pression
La pression est le rapport de la force appliquée par unité de surface. Il est mesuré en unités telles que Pascal, bar, atmosphère, kilogrammes par centimètre carré, psi (livre par pouce carré), entre autres. [1]
La pression est inversement proportionnel à la surface ou à la surface appliquée : plus la surface est grande, moins la pression est grande, moins la surface est grande, plus la pression est grande. Par exemple, sur la figure 2 une force de 10 N est exercée sur un ongle dont la pointe a une très petite surface, tandis que la même force de 10 N est appliquée sur un ciseau dont la pointe a une plus grande surface que la pointe de l'ongle. . Comme le clou a une très petite pointe, toute la force est appliquée sur sa pointe, exerçant une grande pression sur elle, tandis que dans le ciseau, la plus grande surface permet de répartir davantage la force, générant moins de pression.
Cet effet peut également être observé dans le sable ou la neige. Si une femme porte une chaussure de sport ou une très petite chaussure à talon haut, avec une chaussure à talon haut à bout très fin, elle a tendance à s'enfoncer davantage puisque tout son poids est concentré dans une très petite zone (le talon).
Pression hydrostatique
C'est la pression exercée par un fluide au repos sur chacune des parois du récipient qui contient le fluide. En effet, le liquide prend la forme du récipient et celui-ci est au repos, en conséquence, il arrive qu'une force uniforme agisse sur chacune des parois.
Les fluides
La matière peut être à l'état solide, liquide, gazeux ou plasma. La matière à l'état solide a une forme et un volume définis. Les liquides ont un volume défini, mais pas une forme définie, adoptant la forme du récipient qui les contient, tandis que les gaz n'ont ni volume défini ni forme définie.
Les liquides et les gaz sont considérés comme des "fluides", car, dans ceux-ci, les molécules sont maintenues ensemble par de faibles forces de cohésion, lorsqu'elles sont soumises à des forces tangentielles, elles ont tendance à s'écouler en se déplaçant dans le récipient qui les contient. Les fluides sont des systèmes en mouvement constant.
Les solides transmettent la force qui s'exerce sur eux, tandis que dans les liquides et les gaz, la pression est transmise.
LE PRINCIPE DE PASCAL
Le physicien et mathématicien français Blaise Pascal a apporté diverses contributions à la théorie des probabilités, aux mathématiques et à l'histoire naturelle. Le plus connu est le principe qui porte son nom sur le comportement des fluides.
Énoncé du principe de Pascal
Le principe de Pascal indique que la pression exercée n'importe où dans un fluide fermé et incompressible est transmise de manière égale dans toutes les directions dans tout le fluide, c'est-à-dire que la pression dans tout le fluide est constante. [3].
Un exemple du principe de Pascal peut être vu dans la figure 3. Des trous ont été pratiqués dans un récipient et recouvert de bouchons, puis remplis d'eau (liquide) et un couvercle a été placé. Lorsqu'une force est appliquée sur le couvercle du récipient, une pression est présentée dans l'eau qui est égale dans toutes les directions, faisant sortir tous les bouchons qui étaient dans les trous.
L'une de ses expériences les plus connues est celle de la seringue de Pascal. La seringue était remplie d'un liquide et reliée à des tubes, lorsqu'une pression était exercée sur le piston de la seringue, le liquide montait à la même hauteur dans chacun des tubes. Ainsi, il a été constaté que l'augmentation de pression d'un liquide au repos se transmet uniformément dans tout le volume et dans toutes les directions. [4].
APPLICATIONS DU PRINCIPE PASCAL
Les candidatures de la Principe de Pascal On les retrouve dans la vie de tous les jours dans de nombreux équipements hydrauliques comme les presses hydrauliques, les palans, les freins et les crics.
Presse hydraulique
La presse hydraulique c'est un appareil qui permet d'amplifier les forces. Le principe de fonctionnement, basé sur le principe de Pascal, est utilisé dans les presses, les ascenseurs, les freins et dans une grande variété de dispositifs hydrauliques.
Il se compose de deux cylindres, de zones différentes, remplis d'huile (ou autre liquide) et communiquant l'un avec l'autre. Il y a aussi deux plongeurs ou pistons qui s'insèrent dans les cylindres, de sorte qu'ils soient en contact avec le fluide. [5].
Un exemple de presse hydraulique est illustré à la figure 4. Lorsqu'une force F1 est appliquée sur le piston de plus petite surface A1, une pression est créée dans le liquide qui est instantanément transmise à l'intérieur des cylindres. Dans le piston de plus grande surface A2, une force F2 est subie, bien supérieure à celle appliquée, qui dépend des rapports des surfaces A2/A1.
Exercice 1. Pour soulever une voiture, vous voulez construire un cric hydraulique. Quelle relation doivent avoir les diamètres des pistons du vérin hydraulique pour qu'en appliquant une force de 100 N il puisse soulever une voiture de 2500 kg sur le plus gros piston ? Voir la figure 5.
Solution
Dans les vérins hydrauliques, le principe de Pascal est respecté, où la pression d'huile à l'intérieur du vérin hydraulique est la même, mais les forces sont « multipliées » lorsque les pistons ont des zones différentes. Pour déterminer le rapport de surface des pistons du vérin hydraulique :
- Compte tenu de la masse de la voiture, 2.500 6 kg, à soulever, le poids de la voiture est déterminé à l'aide de la deuxième loi de Newton. [XNUMX]
Nous vous invitons à voir l'article Les lois de Newton "faciles à comprendre"
- Le principe de Pascal est appliqué, égalisant les pressions dans les pistons.
- La relation de surface des pistons est effacée et les valeurs substituées. Voir la figure 6.
Les zones de piston doivent avoir un rapport de 24,52, par exemple, si vous avez un petit piston avec un rayon de 3 cm (zone A1= 28,27 cm2), le grand piston doit avoir un rayon de 14,8 cm (zone A2= 693,18 cm2).
Ascenseur hydraulique
Un élévateur hydraulique est un appareil mécanique utilisé pour soulever des objets lourds. Les ascenseurs hydrauliques sont utilisés dans de nombreux ateliers automobiles pour effectuer des réparations sous les véhicules.
Le fonctionnement des ascenseurs hydrauliques est basé sur le principe de Pascal. Les ascenseurs utilisent généralement de l'huile pour transmettre la pression aux pistons. Un moteur électrique actionne une pompe hydraulique qui exerce une pression sur le piston de plus petite surface. Dans le piston de plus grande surface, la force est « multipliée », pouvant soulever les véhicules à réparer. Voir la figure 7.
Exercice 2. Trouver la charge maximale qui peut être soulevée avec un élévateur hydraulique dont la surface du plus petit piston est de 28 cm2, et celle du plus gros piston est de 1520 cm2, lorsque la force maximale pouvant être appliquée est de 500 N. Voir figure 8.
solution:
Puisque le principe de Pascal est rempli dans les poussoirs hydrauliques, les pressions sur les pistons seront égales, connaissant ainsi la force maximale pouvant être appliquée sur le plus petit piston, la force maximale qui sera exercée sur le grand piston est calculée ( F2), comme montré dans la figure 9.
Connaissant le poids maximum (F2) qui peut être soulevé, la masse est déterminée en utilisant la deuxième loi de Newton [6], ainsi des véhicules pesant jusqu'à 2766,85 kg peuvent être soulevés. Voir figure 10. D'après le tableau de la figure 8, parmi les masses moyennes des véhicules, l'ascenseur ne pourra soulever que des voitures compactes d'une masse moyenne de 2.500 XNUMX kg.
Freins hydrauliques
Les freins sont utilisés sur les véhicules pour les ralentir ou les arrêter complètement. En général, les freins hydrauliques ont un mécanisme semblable à celui illustré sur la figure. L'enfoncement de la pédale de frein applique une force qui est transmise à un piston de petite surface. La force appliquée crée une pression à l'intérieur du liquide de frein. [7].
Dans le liquide, la pression est transmise dans toutes les directions, jusqu'à un deuxième piston où la force est amplifiée. Le piston agit sur des disques ou des tambours pour freiner les pneus du véhicule.
CONCLUSIONS
Le principe de Pascal indique que, pour les fluides incompressibles au repos, la pression est constante dans tout le fluide. La pression exercée n'importe où dans le fluide enfermé est transmise de manière égale dans toutes les directions et directions.
Parmi les applications de Principe de Pascal Il existe de nombreux équipements hydrauliques tels que presses, élévateurs, freins et vérins, dispositifs qui permettent d'amplifier les efforts, selon un rapport de surfaces dans les plongeurs de l'appareil.
N'arrêtez pas de consulter sur notre site Web les loi de Newton, Principes thermodynamiques, l' Le principe de Bernoulli entre autres très intéressant.