フランスの物理学者および数学者 ブレーズ·パスカル （1623-1662）、確率論、数学、博物学にさまざまな貢献をしました。 最もよく知られているのは、流体の挙動に関するパスカルの原理です。
パスカルの仮説 非常にシンプルで、理解しやすく、非常に便利です。 実験を通じて、パスカルは、静止状態にある液体の圧力が、ボリューム全体およびすべての方向に均一に伝達されることを発見しました。
パスカルの声明、 流体の研究に基づいて、プレス、エレベータ、車のブレーキなど、さまざまな油圧機器の設計に使用されます。
パスカルの原理を理解するための基本概念
圧力
圧力 は、単位面積あたりに加えられた力の比率です。 パスカル、バー、大気、キログラム/平方センチメートル、psi（ポンド/平方インチ）などの単位で測定されます。 [1]
圧力 適用された表面または面積に反比例します。 面積が大きいほど、圧力は小さくなり、面積が小さいほど、圧力は大きくなります。 たとえば、図2では、先端の面積が非常に小さい釘に10 Nの力が加えられ、先端の面積が釘の先端よりも大きいノミには同じ10Nの力が加えられます。 釘の先端は非常に小さいため、すべての力が先端に加えられ、大きな圧力がかかります。一方、ノミでは、面積が大きいほど力が分散され、圧力が小さくなります。
この効果は、砂や雪でも観察できます。 女性がスポーツシューズまたは非常に小さなヒールの靴を履いている場合、非常に細いつま先のヒールの靴では、すべての重量が非常に小さな領域（かかと）に集中するため、より沈む傾向があります。
静水圧
これは、静止している流体が容器の各壁に及ぼす圧力であり、流体が含まれています。 これは、液体が容器の形をしていて静止しているためです。その結果、各壁に均一な力が作用します。
流体
物質は、固体、液体、気体、またはプラズマの状態になります。 固体状態の物質は、明確な形状と体積を持っています。 液体は明確な体積を持っていますが、明確な形状ではなく、液体を含む容器の形状を採用していますが、気体は明確な体積も明確な形状もありません。
液体と気体は「流体」と見なされます。これは、これらの分子が弱い凝集力によって結合され、接線方向の力を受けると、分子が入っている容器内を移動して流れる傾向があるためです。 流体は、絶えず動いているシステムです。
固体はそれに加えられる力を伝達しますが、液体や気体では圧力が伝達されます。
パスカルの原理
フランスの物理学者で数学者のブレーズパスカルは、確率論、数学、博物学でさまざまな貢献をしました。 最もよく知られているのは、流体の振る舞いに彼の名前を冠した原理です。 【2]
パスカルの原理の声明
パスカルの原理 は、密閉された非圧縮性流体のどこにでも加えられる圧力が、流体全体のすべての方向に均等に伝達される、つまり、流体全体の圧力が一定であると述べています。 [3]。
パスカルの原理の例を図3に示します。 容器に穴を開け、コルクで覆い、水（液体）を入れて蓋をしました。 容器の蓋に力を加えると、水に全方向に等しい圧力がかかり、穴にあったすべてのコルクが出てきます。
彼の最もよく知られた実験のXNUMXつは、パスカルの注射器の実験でした。 注射器は液体で満たされ、いくつかのチューブに接続されていました。注射器のプランジャーに圧力がかかると、液体は各チューブで同じ高さまで上昇しました。 したがって、静止している液体の圧力の増加は、ボリューム全体およびすべての方向に均一に伝達されることがわかった。 [4]。
パスカル原理の応用
のアプリケーション パスカルの原理 それらは、油圧プレス、ホイスト、ブレーキ、ジャッキなどの多くの油圧機器で日常生活の中で見ることができます。
油圧プレス
油圧プレス それは力を増幅することを可能にする装置です。 パスカルの原理に基づく動作原理は、プレス、エレベータ、ブレーキ、およびさまざまな油圧装置で使用されます。
これは、異なる領域の5つのシリンダーで構成され、オイル（または他の液体）で満たされ、相互に通信します。 シリンダーに適合するXNUMXつのプランジャーまたはピストンもあり、流体と接触します。 [XNUMX]。
油圧プレスの例を図4に示します。 小さな面積A1のピストンに力F1が加えられると、液体に圧力が発生し、シリンダー内に瞬時に伝達されます。 面積A2が大きいピストンでは、加えられる力よりもはるかに大きな力F2が発生します。これは、面積A2 / A1の比率に依存します。
演習1.車を持ち上げるには、油圧ジャッキを作成します。 100 Nの力を加えることで、より大きなピストンで2500 kgの車を持ち上げることができるように、油圧ラムピストンの直径にはどのような関係が必要ですか？ 図5を参照してください。
ソリューション
油圧ジャッキでは、油圧ジャッキ内の油圧は同じですが、ピストンの面積が異なると力が「増倍」されるというパスカルの原理が満たされます。 油圧ジャッキピストンの面積比を決定するには：
- 持ち上げたい車の質量2.500kgを考えると、ニュートンの第6法則を使用して車の重量を決定できます。 [XNUMX]
記事をご覧ください ニュートンの法則は「理解しやすい」
- パスカルの原理が適用され、ピストン内の圧力が均等になります。
- プランジャーの面積関係がクリアされ、値が置き換えられます。 図6を参照してください。
たとえば、半径24,52 cmの小さなピストンがある場合、ピストン領域の比率は3である必要があります（領域A1= 28,27 cm2）、大きなプランジャーの半径は14,8 cmである必要があります（領域A2= 693,18 cm2).
油圧リフト
油圧リフトは、重い物体を持ち上げるために使用される機械装置です。 油圧リフトは、車内の修理を行うために多くの自動車店で使用されています。
油圧リフトの操作は、パスカルの原理に基づいています。 エレベーターは通常、ピストンに圧力を伝達するためにオイルを使用します。 電気モーターは、最小面積のピストンに圧力をかける油圧ポンプを作動させます。 最大面積のピストンでは、力が「倍増」し、修理する車両を持ち上げることができます。 図7を参照してください。
演習2.適用できる最大力が28Nの場合に、最小ピストンの面積が2 cm1520、最大ピストンの面積が2cm500の油圧リフトで持ち上げることができる最大荷重を見つけます。を参照してください。図8。
解決策：
パスカルの原理は油圧リフターで満たされるため、ピストンにかかる圧力は等しくなります。したがって、小さい方のピストンに加えることができる最大の力がわかっているので、大きい方のピストンにかかる最大の力は次のように計算されます（F2）。図9に示されています。
持ち上げることができる最大重量（F2）がわかっているので、質量はニュートンの第6法則[2766,85]を使用して決定されます。したがって、最大10kgの車両を持ち上げることができます。 図8を参照してください。図2.500の表によると、平均車両質量のうち、リフトは平均質量XNUMXkgのコンパクトカーしか持ち上げることができません。
油圧ブレーキ
ブレーキは、車両の速度を落としたり、完全に停止したりするために車両に使用されます。 一般的に、油圧ブレーキは図のような機構を持っています。 ブレーキペダルを踏むと、小さな領域のピストンに伝達される力がかかります。 加えられた力は、ブレーキフルード内に圧力を発生させます。 [7]。
液体では、力が増幅されるXNUMX番目のピストンまで、圧力がすべての方向に伝達されます。 ピストンはディスクまたはドラムに作用して、車両のタイヤにブレーキをかけます。
結論
パスカルの原理 静止している非圧縮性流体の場合、圧力は流体全体で一定であると述べています。 封入された流体のどこにでも加えられる圧力は、すべての方向と方向に均等に伝達されます。
のアプリケーションの中で パスカルの原理 デバイスのプランジャー内の領域の関係に応じて、プレス、エレベータ、ブレーキ、ジャッキ、力を増幅できるデバイスなど、多数の油圧機器があります。
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