पास्कल का सिद्धांत [आसानी से समझाया गया]
फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी और गणितज्ञ Blaise पास्कल (१६२३-१६६२) ने संभाव्यता, गणित और प्राकृतिक इतिहास के सिद्धांत में विभिन्न योगदान दिए। तरल पदार्थों के व्यवहार पर सबसे प्रसिद्ध पास्कल का सिद्धांत है।
पास्कल की अभिधारणा यह काफी सरल, समझने में आसान और बहुत उपयोगी है। प्रयोगों के माध्यम से, पास्कल ने पाया कि तरल पदार्थों में दबाव, आराम की स्थिति में, पूरे आयतन और सभी दिशाओं में समान रूप से प्रसारित होता है।
पास्कल का कथन, तरल पदार्थों के अध्ययन के आधार पर, इसका उपयोग विभिन्न प्रकार के हाइड्रोलिक उपकरण जैसे कि प्रेस, लिफ्ट, कार ब्रेक, आदि के डिजाइन के लिए किया जाता है।
पास्कल के सिद्धांत को समझने के लिए बुनियादी अवधारणाएँ
दबाव
दबाव प्रति इकाई क्षेत्र में लागू बल का अनुपात है। इसे पास्कल, बार, वायुमंडल, किलोग्राम प्रति वर्ग सेंटीमीटर, साई (पाउंड प्रति वर्ग इंच) जैसी इकाइयों में मापा जाता है। [1]
दबाव लागू सतह या क्षेत्र के विपरीत आनुपातिक है: क्षेत्र जितना बड़ा होगा, दबाव उतना ही कम होगा, क्षेत्रफल जितना कम होगा, दबाव उतना ही अधिक होगा। उदाहरण के लिए, चित्र 2 में एक कील पर जिसकी नोक का क्षेत्रफल बहुत छोटा है, 10 N का बल लगाया गया है, जबकि 10 N का समान बल उस छेनी पर लगाया गया है जिसकी नोक का क्षेत्रफल नाखून की नोक से बड़ा है। चूंकि कील का एक बहुत छोटा सिरा होता है, इसलिए इसकी नोक पर सारा बल लगाया जाता है, उस पर बहुत अधिक दबाव पड़ता है, जबकि छेनी में बड़ा क्षेत्र बल को अधिक वितरित करने की अनुमति देता है, जिससे कम दबाव उत्पन्न होता है।
यह प्रभाव रेत या बर्फ में भी देखा जा सकता है। यदि कोई महिला स्पोर्ट्स शू या बहुत छोटी एड़ी का जूता पहनती है, तो बहुत महीन एड़ी के जूते के साथ वह अधिक डूब जाती है क्योंकि उसका सारा वजन बहुत छोटे क्षेत्र (एड़ी) में केंद्रित होता है।
द्रव - स्थैतिक दबाव
यह तरल पदार्थ युक्त कंटेनर की प्रत्येक दीवार पर आराम से द्रव द्वारा लगाया गया दबाव है। ऐसा इसलिए है क्योंकि तरल कंटेनर का आकार लेता है और यह आराम से होता है, परिणामस्वरूप, ऐसा होता है कि प्रत्येक दीवार पर एक समान बल कार्य करता है।
तरल पदार्थ
पदार्थ ठोस, तरल, गैसीय या प्लाज्मा अवस्था में हो सकता है। ठोस अवस्था में पदार्थ का एक निश्चित आकार और आयतन होता है। तरल पदार्थ में एक परिभाषित मात्रा होती है, लेकिन परिभाषित आकार नहीं होता है, जिसमें कंटेनर के आकार को अपनाना होता है, जबकि गैसों में न तो परिभाषित मात्रा होती है और न ही परिभाषित आकार।
तरल पदार्थ और गैसों को "तरल पदार्थ" माना जाता है, क्योंकि इनमें अणुओं को कमजोर संयोजी बलों द्वारा एक साथ रखा जाता है, जब वे स्पर्शरेखा बलों के अधीन होते हैं, तो वे प्रवाहित होते हैं, जिसमें वे कंटेनर में चलते हैं। तरल पदार्थ ऐसे सिस्टम हैं जो निरंतर गति में हैं।
ठोस उस पर लगने वाले बल को संचारित करते हैं, जबकि तरल पदार्थ और गैसों में दबाव संचरित होता है।
पास्कल का सिद्धांत
फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी और गणितज्ञ ब्लेज़ पास्कल ने संभाव्यता सिद्धांत, गणित और प्राकृतिक इतिहास में विभिन्न योगदान दिए। सबसे प्रसिद्ध वह सिद्धांत है जो तरल पदार्थों के व्यवहार पर अपना नाम रखता है। [2]
पास्कल के सिद्धांत का कथन
पास्कल का सिद्धांत यह बताता है कि एक बंद और असंपीड्य द्रव में कहीं भी लगाया जाने वाला दबाव पूरे द्रव में सभी दिशाओं में समान रूप से प्रसारित होता है, अर्थात पूरे द्रव में दबाव स्थिर रहता है। [३]।
पास्कल के सिद्धांत का एक उदाहरण चित्र 3 में देखा जा सकता है। एक कंटेनर में छेद किए गए और कॉर्क के साथ कवर किया गया, फिर पानी (तरल पदार्थ) से भरा और एक ढक्कन रखा गया। जब कंटेनर के ढक्कन पर एक बल लगाया जाता है, तो पानी में सभी दिशाओं में बराबर दबाव होता है, जिससे छिद्रों में मौजूद सभी कॉर्क बाहर आ जाते हैं।
उनके सबसे प्रसिद्ध प्रयोगों में से एक पास्कल की सीरिंज का था। सिरिंज एक तरल से भरा हुआ था और कुछ ट्यूबों से जुड़ा था, जब सिरिंज के सवार पर दबाव डाला गया था, तरल प्रत्येक ट्यूब में समान ऊंचाई तक बढ़ गया था। इस प्रकार, यह पाया गया कि एक तरल के दबाव में वृद्धि जो आराम से है, पूरे आयतन और सभी दिशाओं में समान रूप से प्रसारित होती है। [४]।
पास्कल सिद्धांत के आवेदन
के आवेदन पास्कल का सिद्धांत उन्हें रोजमर्रा की जिंदगी में कई हाइड्रोलिक उपकरण जैसे हाइड्रोलिक प्रेस, होइस्ट, ब्रेक और जैक में देखा जा सकता है।
हाइड्रोलिक प्रेस
हाइड्रोलिक प्रेस यह एक ऐसा उपकरण है जो बलों को बढ़ाने की अनुमति देता है। पास्कल के सिद्धांत पर आधारित ऑपरेटिंग सिद्धांत का उपयोग प्रेस, लिफ्ट, ब्रेक और विभिन्न प्रकार के हाइड्रोलिक उपकरणों में किया जाता है।
इसमें विभिन्न क्षेत्रों के दो सिलेंडर होते हैं, जो तेल (या अन्य तरल) से भरे होते हैं और एक दूसरे के साथ संचार करते हैं। दो प्लंजर या पिस्टन भी होते हैं जो सिलेंडर में फिट होते हैं, ताकि वे द्रव के संपर्क में हों। [५]।
हाइड्रोलिक प्रेस का एक उदाहरण चित्र 4 में दिखाया गया है। जब छोटे क्षेत्र A1 के पिस्टन पर F1 बल लगाया जाता है, तो तरल में एक दबाव बनता है जो तुरंत सिलेंडर के अंदर संचारित होता है। एक बड़े क्षेत्र A2 के साथ पिस्टन में, एक बल F2 का अनुभव किया जाता है, जो कि लागू किए गए क्षेत्र से बहुत अधिक होता है, जो A2 / A1 क्षेत्रों के अनुपात पर निर्भर करता है।
व्यायाम 1. एक कार को उठाने के लिए, आप एक हाइड्रोलिक जैक बनाना चाहते हैं। हाइड्रोलिक रैम पिस्टन के व्यास में क्या संबंध होना चाहिए ताकि 100 N का बल लगाकर यह 2500 किलोग्राम की कार को बड़े पिस्टन पर उठा सके? चित्र 5 देखें।
समाधान
हाइड्रोलिक जैक में, पास्कल का सिद्धांत पूरा होता है, जहां हाइड्रोलिक जैक के अंदर तेल का दबाव समान होता है, लेकिन जब पिस्टन के अलग-अलग क्षेत्र होते हैं तो बल "गुणा" हो जाते हैं। हाइड्रोलिक जैक पिस्टन का क्षेत्रफल अनुपात निर्धारित करने के लिए:
- कार के द्रव्यमान को देखते हुए, 2.500 किग्रा, जिसे उठाया जाना है, न्यूटन के दूसरे नियम का उपयोग करके कार का वजन निर्धारित किया जाता है। [6]
हम आपको लेख देखने के लिए आमंत्रित करते हैं न्यूटन के नियम "समझने में आसान"
- पास्कल का सिद्धांत पिस्टन में दबाव को बराबर करते हुए लागू किया जाता है।
- सवारों के क्षेत्र संबंध को साफ कर दिया गया है और मूल्यों को प्रतिस्थापित किया गया है। चित्र 6 देखें।
प्लंजर के क्षेत्रों का अनुपात 24,52 होना चाहिए, उदाहरण के लिए, यदि आपके पास 3 सेमी (क्षेत्र ए) के त्रिज्या के साथ एक छोटा सवार है1= 28,27 सेमी2), बड़े प्लंजर की त्रिज्या 14,8 सेमी (क्षेत्र A .) होनी चाहिए2= 693,18 सेमी2).
हाइड्रोलिक लिफ्ट
हाइड्रोलिक लिफ्ट एक यांत्रिक उपकरण है जिसका उपयोग भारी वस्तुओं को उठाने के लिए किया जाता है। कई ऑटो दुकानों में अंडर-व्हीकल मरम्मत करने के लिए हाइड्रोलिक लिफ्टों का उपयोग किया जाता है।
हाइड्रोलिक लिफ्टों का संचालन पास्कल के सिद्धांत पर आधारित है। लिफ्ट आमतौर पर पिस्टन पर दबाव संचारित करने के लिए तेल का उपयोग करते हैं। एक इलेक्ट्रिक मोटर एक हाइड्रोलिक पंप को सक्रिय करता है जो सबसे छोटे क्षेत्र के साथ पिस्टन पर दबाव डालता है। सबसे बड़े क्षेत्र वाले पिस्टन में, बल "गुणा" होता है, जो मरम्मत के लिए वाहनों को उठाने में सक्षम होता है। चित्र 7 देखें।
व्यायाम २. अधिकतम भार ज्ञात कीजिए जिसे हाइड्रोलिक लिफ्ट से उठाया जा सकता है जिसका सबसे छोटा पिस्टन का क्षेत्रफल २८ सेमी२ है और सबसे बड़े पिस्टन का १५२० सेमी२ है, जब अधिकतम बल जो लगाया जा सकता है वह ५०० एन है। देखें आंकड़ा 2।
समाधान:
चूंकि पास्कल का सिद्धांत हाइड्रोलिक भारोत्तोलकों में पूरा होता है, पिस्टन पर दबाव बराबर होगा, इस प्रकार छोटे पिस्टन पर लागू होने वाले अधिकतम बल को जानने के बाद, बड़े पिस्टन पर लगाए जाने वाले अधिकतम बल की गणना की जाती है ( F2), के रूप में चित्र 9 में दिखाया गया है।
अधिकतम भार (F2) जिसे उठाया जा सकता है, को जानने के बाद, न्यूटन के दूसरे नियम [6] का उपयोग करके द्रव्यमान का निर्धारण किया जाता है, इस प्रकार 2766,85 किलोग्राम तक वजन वाले वाहनों को उठाया जा सकता है। चित्र 10 देखें। चित्र 8 में दी गई तालिका के अनुसार, औसत वाहन द्रव्यमान में से, लिफ्ट केवल 2.500 किलोग्राम के औसत द्रव्यमान वाली कॉम्पैक्ट कारों को उठाने में सक्षम होगी।
हाइड्रोलिक ब्रेक
वाहनों को धीमा करने या पूरी तरह से रोकने के लिए ब्रेक का उपयोग किया जाता है। सामान्य तौर पर, हाइड्रोलिक ब्रेक में एक तंत्र होता है जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। ब्रेक पेडल को दबाने से एक बल लागू होता है जो एक छोटे से क्षेत्र पिस्टन को प्रेषित होता है। लगाया गया बल ब्रेक द्रव के अंदर एक दबाव बनाता है। [७].
तरल में दबाव सभी दिशाओं में प्रेषित होता है, दूसरे पिस्टन तक जहां बल बढ़ाया जाता है। पिस्टन वाहन के टायरों को तोड़ने के लिए डिस्क या ड्रम पर कार्य करता है।
निष्कर्ष
पास्कल का सिद्धांत बताता है कि, आराम से असंपीड्य तरल पदार्थों के लिए, पूरे द्रव में दबाव स्थिर रहता है। संलग्न द्रव में कहीं भी डाला गया दबाव सभी दिशाओं और दिशाओं में समान रूप से प्रसारित होता है।
के अनुप्रयोगों के बीच पास्कल का सिद्धांत कई हाइड्रोलिक उपकरण हैं जैसे कि प्रेस, लिफ्ट, ब्रेक और जैक, डिवाइस जो डिवाइस के प्लंजर में क्षेत्रों के संबंध के अनुसार बलों को बढ़ाने की अनुमति देते हैं।
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