პასკალის პრინციპი [მარტივად ახსნილი]

ფრანგი ფიზიკოსი და მათემატიკოსი Blaise Pascal (1623-1662), შეიტანა სხვადასხვა წვლილი ალბათობის თეორიაში, მათემატიკასა და ბუნების ისტორიაში. ყველაზე ცნობილი პასკალის პრინციპია სითხეების ქცევაზე.

პასკალის პოსტულატი ეს არის საკმაოდ მარტივი, გასაგები და ძალიან სასარგებლო. ექსპერიმენტების საშუალებით, პასკალი აღმოაჩენს, რომ სითხის წნევა, დანარჩენი მდგომარეობის დროს, ერთნაირად გადადის მთლიანი მოცულობით და ყველა მიმართულებით.

პასკალის განცხადება, სითხეების შესწავლის საფუძველზე, იგი გამოიყენება ჰიდრავლიკური აღჭურვილობის მრავალფეროვნებისთვის, როგორიცაა წნეხები, ლიფტები, მანქანის მუხრუჭები და სხვა.

ძირითადი ცნებები პასკალის პრინციპის გასაგებად

ზეწოლა

Წნევა არის გამოყენებული ძალის თანაფარდობა ერთეულის ფართობზე. იგი იზომება სხვა ერთეულებში, როგორიცაა Pascal, bar, ატმოსფერო, კილოგრამი კვადრატულ სანტიმეტრზე, psi (ფუნტი კვადრატულ დიუმზე). [1]

Წნევა უკუპროპორციულია გამოყენებული ზედაპირის ან ფართობისა: რაც მეტია ფართობი, მით ნაკლებია წნევა, მით ნაკლებია ფართობი, მით მეტია წნევა. მაგალითად, ნახაზზე 2 10 N ძალას ახდენს ფრჩხილზე, რომლის წვერს ძალიან მცირე ფართობი აქვს, ხოლო იგივე 10 N ძალას მიმართავენ ჩიზელზე, რომლის წვერს ფრჩხილის წვერზე დიდი ფართობი აქვს. მას შემდეგ, რაც ფრჩხილს აქვს ძალიან მცირე წვერი, მთელი ძალა ხორციელდება მის წვერზე, მასზე დიდი ზეწოლა ხდება, ხოლო ჩიზში, უფრო დიდი ფართობი საშუალებას აძლევს ძალას უფრო მეტი განაწილება მოახდინოს ნაკლები წნევა.

ეს ეფექტი ასევე შეიძლება შეინიშნოს ქვიშასა და თოვლში. თუ ქალი ატარებს სპორტული ფეხსაცმელს ან ძალიან პატარა ქუსლის ფეხსაცმელს, ძალიან წვრილი თითის ქუსლით ის უფრო იძირება, რადგან მთელი მისი წონა კონცენტრირებულია ძალიან მცირე ადგილას (ქუსლი).

Ჰიდროსტატიკური წნევა

ეს არის წნევა, რომელსაც ახდენს სითხე დასვენების დროს კონტეინერის თითოეულ კედელზე, შეიცავს სითხეში. ეს ხდება იმის გამო, რომ თხევადი იღებს კონტეინერის ფორმას და ის ისვენებს, შედეგად ხდება ისე, რომ თითოეულ კედელზე ერთიანი ძალა მოქმედებს.

სითხეები

ნივთიერება შეიძლება იყოს მყარ, თხევად, გაზურ ან პლაზმურ მდგომარეობაში. მყარ მდგომარეობაში მყოფ საკითხს აქვს გარკვეული ფორმა და მოცულობა. სითხეებს აქვთ გარკვეული მოცულობა, მაგრამ არა განსაზღვრული ფორმა, მიიღებენ კონტეინერის ფორმას, რომელიც შეიცავს მათ, ხოლო გაზებს არც განსაზღვრული მოცულობა აქვთ და არც განსაზღვრული ფორმა.

სითხეები და გაზები ითვლება "სითხეებად", ვინაიდან მათში მოლეკულები იკავებს სუსტი შეკრული ძალებით, როდესაც ისინი ტანგენციურ ძალებს განიცდიან, ისინი მიედინება და მოძრაობენ მათში შემავალ ჭურჭელში. სითხეები არის სისტემები, რომლებიც მუდმივ მოძრაობაში არიან.

მყარი მასა გადასცემს ძალას, ხოლო სითხეებში და გაზებში ხდება წნევის გადაცემა.

პასკალის პრინციპი

ფრანგმა ფიზიკოსმა და მათემატიკოსმა ბლეზ პასკალმა სხვადასხვა წვლილი შეიტანა ალბათობის თეორიაში, მათემატიკასა და ბუნების ისტორიაში. ყველაზე ცნობილი არის პრინციპი, რომელიც ატარებს მის სახელს სითხეების ქცევაზე. [2]

პასკალის პრინციპის განცხადება

პასკალის პრინციპი ნათქვამია, რომ დახურულ და შეუსაბამო სითხეში სადმე განხორციელებული წნევა თანაბრად გადადის სითხის ყველა მიმართულებით, ანუ წნევა მთელ სითხეში არის მუდმივი. [3]

პასკალის პრინციპის მაგალითი ჩანს ნახაზზე 3. ხვრელებს ამზადებდნენ ჭურჭელში და აცახცახებდნენ, შემდეგ წყლით (სითხით) აავსებდნენ და სახურავს ათავსებდნენ. კონტეინერის სახურავზე ძალის გამოყენებით, წნევა წარმოიქმნება წყალში, რომელიც ყველა მიმართულებით თანაბარია, რის შედეგადაც ხვრელებში არსებული ყველა საცობი გამოდის.

მისი ერთ-ერთი ყველაზე ცნობილი ექსპერიმენტი იყო პასკალის შპრიცის გამოყენება. შპრიცი ივსებოდა თხევადი და უკავშირდებოდა ზოგიერთ მილს, როდესაც ზეწოლა ხდებოდა შპრიცის დგუშზე, თხევადი ერთსა და იმავე სიმაღლეში მიდიოდა თითოეულ მილში. ამრიგად, აღმოჩნდა, რომ სითხის წნევის მომატება, რომელიც მოსვენებულია, ერთნაირად გადაეცემა მთლიანი მოცულობით და ყველა მიმართულებით. [4]

პასკალური პრინციპის გამოყენება

პროგრამები პასკალის პრინციპი მათი დანახვა ყოველდღიურ ცხოვრებაში შესაძლებელია მრავალრიცხოვან ჰიდრავლიკურ მოწყობილობებში, როგორიცაა ჰიდრავლიკური წნეხები, ამწეები, მუხრუჭები და საკინძები.

ჰიდრავლიკური პრესა

ჰიდრავლიკური პრესა ეს არის მოწყობილობა, რომელიც იძლევა ძალების გაძლიერებას. ოპერირების პრინციპი, რომელიც ემყარება პასკალის პრინციპს, გამოიყენება საწნეხებში, ლიფტებში, მუხრუჭებში და მრავალფეროვან ჰიდრავლიკურ მოწყობილობებში.

იგი შედგება ორი ცილინდრისგან, სხვადასხვა ადგილისგან, სავსე ზეთით (ან სხვა სითხით) და ერთმანეთთან კომუნიკაციით. ასევე არსებობს ორი დგუში ან დგუში, რომლებიც მოთავსებულია ცილინდრებში, ისე რომ ისინი კონტაქტში არიან სითხეში. [5]

ჰიდრავლიკური პრესის მაგალითი ნაჩვენებია ნახაზზე 4. როდესაც A1 უფრო მცირე ზომის დგუშს F1 ძალა ეკისრება, იქმნება წნევა სითხეში, რომელიც მყისიერად გადადის ცილინდრების შიგნით. დგუში უფრო დიდი ფართის A2 განიცდის F2 ძალას, გაცილებით მეტი ვიდრე გამოყენებული, რაც დამოკიდებულია A2 / A1 უბნების კოეფიციენტებზე.

სავარჯიშო 1. მანქანის ასამაღლებლად გსურთ ჰიდრავლიკური ჯეკის აშენება. რა ურთიერთობა უნდა ჰქონდეს ჰიდრავლიკური ვერძი დგუშების დიამეტრებს ისე, რომ 100 N ძალის გამოყენებით შეძლოს 2500 კგ მანქანის აწევა უფრო დიდ დგუშზე? იხილეთ სურათი 5.

გამოსავალი

ჰიდრავლიკურ ჯეკებში პასკალის პრინციპი შესრულებულია, როდესაც ჰიდრავლიკური ბუდის შიგნით ზეთის წნევა იგივეა, მაგრამ ძალები "მრავლდება", როდესაც დგუშებს აქვთ სხვადასხვა არე. ჰიდრავლიკური ბუდე დგუშების ფართობის თანაფარდობის დასადგენად:

• იმის გათვალისწინებით, რომ მანქანა მასაა, 2.500 კგ, უნდა აიწიოს, მანქანის წონა განისაზღვრება ნიუტონის მეორე კანონის გამოყენებით. [6]

გეპატიჟებით სტატიის სანახავად ნიუტონის კანონები "ადვილად გასაგებია"

• პასკალის პრინციპი გამოიყენება, დგუშებში ზეწოლის გათანაბრებით.
• დგუშების ფართობის ურთიერთობა გაწმენდილია და მნიშვნელობები ჩანაცვლებულია. იხილეთ სურათი 6.

დგუშის არეებს უნდა ჰქონდეთ 24,52 შეფარდება, მაგალითად, თუ თქვენ გაქვთ პატარა დგუში 3 სმ რადიუსით (ფართობი A₁= 28,27 სმ²), დიდ დგუშს უნდა ჰქონდეს 14,8 სმ რადიუსი (ფართობი A₂= 693,18 სმ²).

ჰიდრავლიკური ლიფტი

ჰიდრავლიკური ლიფტი არის მექანიკური მოწყობილობა, რომელიც გამოიყენება მძიმე საგნების ასამაღლებლად. ჰიდრავლიკური ლიფტები ბევრ ავტო მაღაზიაში გამოიყენება სატრანსპორტო საშუალებების რემონტის შესასრულებლად.

ჰიდრავლიკური ლიფტების მუშაობა ემყარება პასკალის პრინციპს. ლიფტები ჩვეულებრივ იყენებენ ზეთს დგუშებზე ზეწოლის გადასაცემად. ელექტროძრავა ააქტიურებს ჰიდრავლიკურ ტუმბოს, რომელიც ახდენს ზეწოლას მცირე დონის დგუშზე. დგუში ყველაზე დიდი ფართობით, ძალა "მრავლდება", რომელსაც შეუძლია აამაღლოს სარემონტო მანქანები. იხილეთ სურათი 7.

სავარჯიშო 2. იპოვნეთ მაქსიმალური დატვირთვა, რომელიც შეიძლება აიწიოს ჰიდრავლიკური ლიფტით, რომლის ყველაზე პატარა დგუშის ფართობია 28 სმ 2, ხოლო ყველაზე დიდი დგუში არის 1520 სმ 2, როდესაც მაქსიმალური ძალაა 500 ნ. იხილეთ ფიგურა 8.

გამოსავალი:

მას შემდეგ, რაც ჰიდრავლიკურ ამწეებში პასკალის პრინციპი შესრულებულია, დგუშებზე ზეწოლა თანაბარი იქნება, ამრიგად, ვიცით მაქსიმალური ძალა, რომელიც შეიძლება პატარა დგუშზე იქნას გამოყენებული, გამოითვლება მაქსიმალური ძალა, რომელიც დიდ დგუშზე მოხდება (F2), ნაჩვენებია ნახაზზე 9.

ვიცით მაქსიმალური წონის (F2) რომლის აწევა შესაძლებელია, მასა განისაზღვრება ნიუტონის მეორე კანონის გამოყენებით [6], ამრიგად, მანქანების წონა 2766,85 კგ-მდე შეიძლება აიწიოს. იხილეთ სურათი 10. დიაგრამა 8-ის ცხრილის მიხედვით, ავტომობილის საშუალო მასებიდან, ლიფტს შეეძლება აზიდოს მხოლოდ კომპაქტური მანქანები, რომელთა საშუალო მასა 2.500 კგ.

ჰიდრავლიკური მუხრუჭები

მუხრუჭებს იყენებენ მანქანებზე, რომ შეანელონ ან მთლიანად შეაჩერონ ისინი. ზოგადად, ჰიდრავლიკურ მუხრუჭებს აქვთ ისეთი მექანიზმი, როგორიც ნახატზეა ნაჩვენები. სამუხრუჭე პედლის ჩახშობა ახდენს ძალას, რომელიც გადადის მცირე ზომის დგუშზე. გამოყენებული ძალა ქმნის ზეწოლას სამუხრუჭე სითხეში. [7]

სითხეში წნევა გადაიცემა ყველა მიმართულებით, მეორე დგუშამდე, სადაც ძალა გაძლიერდება. დგუში მოქმედებს დისკებზე ან დრამებზე ავტომობილის საბურავების დამუხრუჭებისთვის.

დასკვნები

პასკალის პრინციპი ნათქვამია, რომ კომპრესიული სითხეების მოსვენების დროს წნევა მუდმივია მთელ სითხეში. თანდართულ სითხეში სადმე განხორციელებული წნევა თანაბრად გადადის ყველა მიმართულებით და მიმართულებით.

პროგრამებს შორის პასკალის პრინციპი აქ უამრავი ჰიდრავლიკური მოწყობილობაა, როგორიცაა პრესები, ლიფტები, მუხრუჭები და საკინძები, მოწყობილობები, რომლებიც საშუალებას აძლევს ძალებს გაამრავლონ, მოწყობილობის დგუშიან ადგილებში მდებარეობის შესაბამისად.

ნუ შეწყვეტთ ჩვენს ვებ – გვერდზე განხილვას ნიუტონის კანონი, თერმოდინამიკური პრინციპები, ბერნულის პრინციპი მათ შორის ძალიან საინტერესო.

ცნობები

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