Principiul lui Pascal [ușor de explicat]
Fizicianul și matematicianul francez Blaise Pascal (1623-1662), a adus diverse contribuții la teoria probabilității, a matematicii și a istoriei naturale. Cel mai cunoscut este principiul lui Pascal, privind comportamentul fluidelor.
Postulatul lui Pascal este destul de simplu, ușor de înțeles și foarte util. Prin experimente, Pascal constată că presiunea din lichide, într-o stare de repaus, se transmite uniform pe tot volumul și în toate direcțiile.
Declarația lui Pascal, Bazat pe studiul fluidelor, este utilizat pentru proiectarea unei mari varietăți de echipamente hidraulice, cum ar fi prese, ascensoare, frâne auto, printre altele.
Concepte de bază pentru a înțelege principiul lui Pascal
presiune
Presiunea este raportul forței aplicate pe unitatea de suprafață. Se măsoară în unități precum Pascal, bar, atmosferă, kilograme pe centimetru pătrat, psi (lire pe inch pătrat), printre altele. [1]
Presiunea este invers proporțional cu suprafața sau aria aplicată: cu cât aria este mai mare, cu atât este mai mică presiunea, cu atât zona este mai mică, cu atât este mai mare presiunea. De exemplu, în figura 2 se exercită o forță de 10 N pe un cui al cărui vârf are o suprafață foarte mică, în timp ce aceeași forță de 10 N se aplică pe o dalta al cărei vârf are o zonă mai mare decât vârful cuiului. Deoarece unghia are un vârf foarte mic, toată forța este aplicată la vârful său, exercitând o presiune mare asupra acestuia, în timp ce în daltă, zona mai mare permite distribuirea forței mai mult, generând o presiune mai mică.
Acest efect poate fi observat și în nisip sau zăpadă. Dacă o femeie poartă un pantof de sport sau un pantof cu toc foarte mic, cu un pantof cu toc foarte fin, acesta tinde să se scufunde mai mult, întrucât toată greutatea sa este concentrată într-o zonă foarte mică (călcâiul).
Presiune hidrostatica
Este presiunea exercitată de un fluid în repaus pe fiecare dintre pereții recipientului care conține fluidul. Acest lucru se datorează faptului că lichidul ia forma recipientului și acest lucru este în repaus, ca o consecință, se întâmplă ca o forță uniformă să acționeze asupra fiecăruia dintre pereți.
Fluide
Materia poate fi în stare solidă, lichidă, gazoasă sau plasmatică. Materia în stare solidă are o formă și un volum definite. Lichidele au un volum definit, dar nu o formă definită, adoptând forma recipientului care le conține, în timp ce gazele nu au nici un volum definit, nici o formă definită.
Lichidele și gazele sunt considerate „fluide”, deoarece, în acestea, moleculele sunt ținute împreună de forțe de coeziune slabe, atunci când sunt supuse unor forțe tangențiale tind să curgă, deplasându-se în recipientul care le conține. Fluidele sunt sisteme aflate în continuă mișcare.
Solidele transmit forța care se exercită asupra acestuia, în timp ce în lichide și gaze se transmite presiunea.
PRINCIPIUL PASCALULUI
Fizicianul și matematicianul francez Blaise Pascal a adus diverse contribuții în teoria probabilităților, matematică și istoria naturală. Cel mai cunoscut este principiul care îi poartă numele asupra comportamentului fluidelor. [2]
Declarația principiului lui Pascal
Principiul lui Pascal afirmă că presiunea exercitată oriunde într-un fluid închis și incompresibil este transmisă în mod egal în toate direcțiile de-a lungul fluidului, adică presiunea din fluid este constantă. [3].
Un exemplu al principiului lui Pascal poate fi văzut în Figura 3. Au fost făcute găuri într-un recipient și acoperite cu dopuri, apoi umplute cu apă (fluid) și a fost pus un capac. Când se aplică o forță pe capacul recipientului, în apă este prezentată o presiune care este egală în toate direcțiile, determinând ieșirea tuturor dopurilor care erau în găuri.
Unul dintre cele mai cunoscute experimente ale sale a fost cel al seringii lui Pascal. Seringa a fost umplută cu un lichid și conectată la unele tuburi, când presiunea a fost exercitată pe pistonul seringii, lichidul a crescut la aceeași înălțime în fiecare dintre tuburi. Astfel, s-a constatat că creșterea presiunii unui lichid care este în repaus se transmite uniform pe tot volumul și în toate direcțiile. [4].
APLICAȚII PRINCIPIUL PASCAL
Aplicațiile Principiul lui Pascal Ele pot fi văzute în viața de zi cu zi în numeroase echipamente hidraulice, cum ar fi prese hidraulice, palanuri, frâne și cricuri.
Presa hidraulica
Presa hidraulică este un dispozitiv care permite amplificarea forțelor. Principiul de funcționare, bazat pe principiul lui Pascal, este utilizat în prese, lifturi, frâne și într-o mare varietate de dispozitive hidraulice.
Se compune din doi cilindri, din zone diferite, umplute cu ulei (sau alt lichid) și comunicate între ele. Există, de asemenea, doi pistoni sau pistoane care se încadrează în cilindri, astfel încât acestea să fie în contact cu fluidul. [5].
Un exemplu de presă hidraulică este prezentat în figura 4. Atunci când se aplică o forță F1 pistonului de zonă A1 mai mică, se creează o presiune în lichid care se transmite instantaneu în interiorul cilindrilor. În pistonul cu o suprafață mai mare A2, se experimentează o forță F2, mult mai mare decât cea aplicată, care depinde de raporturile zonelor A2 / A1.
Exercițiul 1. Pentru a ridica o mașină, doriți să construiți un cric hidraulic. Ce relație trebuie să aibă diametrele pistoanelor hidraulice ale berbecului astfel încât, prin aplicarea unei forțe de 100 N, să poată ridica o mașină de 2500 kg pe pistonul mai mare? Vezi figura 5.
Soluție
La cricurile hidraulice, principiul lui Pascal este îndeplinit, în care presiunea uleiului din interiorul cricului hidraulic este aceeași, dar forțele sunt „multiplicate” atunci când pistoanele au zone diferite. Pentru a determina raportul de suprafață al pistoanelor hidraulice ale cricului:
- Având în vedere masa mașinii, de 2.500 kg, pe care doriți să o ridicați, determinați greutatea mașinii folosind a doua lege a lui Newton. [6]
Vă invităm să vedeți articolul Legile lui Newton „ușor de înțeles”
- Se aplică principiul lui Pascal, egalizând presiunile din pistoane.
- Relația de zonă a pistonilor este eliminată și valorile substituite. Vezi figura 6.
Zonele pistonului ar trebui să aibă un raport de 24,52, de exemplu, dacă aveți un piston mic cu o rază de 3 cm (zona A1= 28,27 cm2), pistonul mare ar trebui să aibă o rază de 14,8 cm (aria A2= 693,18 cm2).
Ascensor hidraulic
Un lift hidraulic este un dispozitiv mecanic utilizat pentru ridicarea obiectelor grele. Ascensoare hidraulice sunt utilizate în multe magazine auto pentru a efectua reparații sub vehicul.
Funcționarea ascensoarelor hidraulice se bazează pe principiul lui Pascal. Elevatoarele folosesc în general ulei pentru a transmite presiunea către pistoane. Un motor electric activează o pompă hidraulică care exercită presiune asupra pistonului cu cea mai mică zonă. În pistonul cu cea mai mare suprafață, forța este „înmulțită”, putând ridica vehiculele care vor fi reparate. Vezi figura 7.
Exercițiul 2. Găsiți sarcina maximă care poate fi ridicată cu un lift hidraulic a cărui suprafață a celui mai mic piston este de 28 cm2, iar cea a celui mai mare piston este de 1520 cm2, când forța maximă care poate fi aplicată este de 500 N. figura 8.
Soluţie:
Deoarece principiul lui Pascal este îndeplinit la ridicatoarele hidraulice, presiunile asupra pistoanelor vor fi egale, cunoscându-se astfel forța maximă care poate fi aplicată asupra pistonului mai mic, se calculează forța maximă care se va exercita asupra pistonului mare (F2), ca prezentat în figura 9.
Cunoscând greutatea maximă (F2) care poate fi ridicată, masa este determinată folosind a doua lege a lui Newton [6], astfel vehiculele cântărind până la 2766,85 kg pot fi ridicate. A se vedea figura 10. Conform tabelului din figura 8, din masele medii ale vehiculului, ascensorul va putea ridica numai mașini compacte cu o masă medie de 2.500 kg.
Frâne hidraulice
Frânele sunt folosite la vehicule pentru a le încetini sau a le opri complet. În general, frânele hidraulice au un mecanism ca cel prezentat în figură. Apăsarea pedalei de frână aplică o forță care este transmisă unui piston cu zonă mică. Forța aplicată creează o presiune în interiorul lichidului de frână. [7].
În lichid presiunea este transmisă în toate direcțiile, până la un al doilea piston unde forța este amplificată. Pistonul acționează pe discuri sau tamburi pentru a frâna anvelopele vehiculului.
CONCLUZII
Principiul lui Pascal afirmă că, pentru fluidele incompresibile în repaus, presiunea este constantă în întregul fluid. Presiunea exercitată oriunde în fluidul închis este transmisă în mod egal în toate direcțiile și direcțiile.
Printre aplicațiile de Principiul lui Pascal Există numeroase echipamente hidraulice, cum ar fi prese, ascensoare, frâne și cricuri, dispozitive care permit amplificarea forțelor, în funcție de o relație de zone din pistonii dispozitivului.
Nu încetați să revizuiți pe site-ul nostru web Legea Newton, Principii termodinamice, Principiul lui Bernoulli printre altele foarte interesant.