Pascalov princíp [ľahko vysvetliteľný]
Francúzsky fyzik a matematik Blaise Pascal (1623-1662), prispel rôznymi spôsobmi k teórii pravdepodobnosti, matematike a prírodopisu. Najznámejší je Pascalov princíp správania tekutín.
Pascalov postulát je to celkom jednoduché, ľahko pochopiteľné a veľmi užitočné. Pascal experimentmi zistil, že tlak v tekutinách sa v pokojovom stave prenáša rovnomerne na celý objem a do všetkých smerov.
Pascalovo vyhlásenie, Na základe štúdia tekutín sa používa na konštrukciu najrôznejších hydraulických zariadení, ako sú napríklad lisy, výťahy, brzdy automobilov.
Základné koncepty na pochopenie Pascalovho princípu
tlak
Tlak je pomer aplikovanej sily na jednotku plochy. Meria sa okrem iného v jednotkách ako Pascal, bar, atmosféra, kilogramy na štvorcový centimeter, psi (libra na štvorcový palec). [1]
Tlak je nepriamo úmerný použitému povrchu alebo ploche: čím väčšia plocha, tým menší tlak, tým menšia plocha, tým väčší tlak. Napríklad na obrázku 2 je sila 10 N vyvinutá na necht, ktorého hrot má veľmi malú plochu, zatiaľ čo rovnaká sila 10 N je aplikovaná na dláto, ktorého hrot má väčšiu plochu ako hrot nechtu. Pretože necht má veľmi malý hrot, všetka sila pôsobí na jeho hrot a vyvíja naň veľký tlak, zatiaľ čo v dláte umožňuje väčšia plocha väčšiu distribúciu sily, čím sa vytvára menší tlak.
Tento efekt možno pozorovať aj v piesku alebo snehu. Ak žena nosí športovú obuv alebo veľmi malú topánku na podpätku, s veľmi jemnou topánkou na podpätku má tendenciu klesať viac, pretože celá jej váha je sústredená na veľmi malom mieste (päta).
Hydrostatický tlak
Je to tlak vyvíjaný tekutinou v pokoji na každú zo stien nádoby, ktorá obsahuje tekutinu. Je to tak preto, lebo kvapalina má tvar nádoby a tá je v pokoji. V dôsledku toho sa stane, že na každú zo stien pôsobí rovnomerná sila.
tekutiny
Hmota môže byť v pevnom, kvapalnom, plynnom alebo plazmatickom stave. Hmota v pevnom stave má určitý tvar a objem. Kvapaliny majú definovaný objem, ale nie definovaný tvar, pričom prijímajú tvar nádoby, ktorá ich obsahuje, zatiaľ čo plyny nemajú ani definovaný objem, ani definovaný tvar.
Kvapaliny a plyny sa považujú za „tekutiny“, pretože v nich molekuly držia pohromade slabými kohéznymi silami, ktoré sú vystavené tangenciálnym silám, ktoré majú tendenciu tiecť. Pohybujú sa v nádobe, ktorá ich obsahuje. Tekutiny sú systémy, ktoré sú v neustálom pohybe.
Tuhé látky prenášajú silu, ktorá na ňu pôsobí, zatiaľ čo v kvapalinách a plynoch sa prenáša tlak.
ZÁSADA PASCALU
Francúzsky fyzik a matematik Blaise Pascal priniesol rôzne príspevky v teórii pravdepodobnosti, matematike a prírodnej histórii. Najznámejší je princíp, ktorý nesie jeho meno na správaní tekutín. [2]
Vyhlásenie o Pascalovom princípe
Pascalov princíp uvádza, že tlak vyvíjaný kdekoľvek v uzavretej a nestlačiteľnej tekutine sa prenáša rovnomerne vo všetkých smeroch cez tekutinu, to znamená, že tlak v celej tekutine je konštantný. [3].
Príklad Pascalovho princípu je možné vidieť na obrázku 3. V nádobe sa vytvorili otvory, ktoré sa zakryli zátkami, potom sa naplnili vodou (tekutinou) a umiestnilo sa veko. Pri pôsobení sily na veko nádoby sa vo vode vytvorí tlak, ktorý je vo všetkých smeroch rovnaký, čo spôsobí, že všetky zátky, ktoré sa nachádzali v otvoroch, vyjdú.
Jedným z jeho najznámejších experimentov bol experiment Pascalovej injekčnej striekačky. Injekčná striekačka bola naplnená kvapalinou a pripojená k niektorým hadičkám. Keď bol vyvíjaný tlak na piest injekčnej striekačky, kvapalina stúpala do rovnakej výšky v každej z hadičiek. Zistilo sa teda, že zvýšenie tlaku kvapaliny, ktorá je v pokoji, sa prenáša rovnomerne na celý objem a do všetkých smerov. [4].
UPLATŇOVANIE PASCÁLNEJ ZÁSADY
Aplikácie Pascalov princíp V každodennom živote ich možno vidieť v mnohých hydraulických zariadeniach, ako sú hydraulické lisy, kladkostroje, brzdy a zdviháky.
Hydraulický lis
Hydraulický lis je to zariadenie, ktoré umožňuje zosilniť sily. Princíp činnosti, založený na Pascalovom princípe, sa používa v lisoch, výťahoch, brzdách a v najrôznejších hydraulických zariadeniach.
Skladá sa z dvoch valcov, rôznych oblastí, naplnených olejom (alebo inou kvapalinou) a navzájom komunikovaných. Existujú aj dva piesty alebo piesty, ktoré zapadajú do valcov tak, aby boli v kontakte s kvapalinou. [5].
Príklad hydraulického lisu je znázornený na obrázku 4. Keď sa na piest s menšou plochou Al vyvinie sila F1, v kvapaline sa vytvorí tlak, ktorý sa okamžite prenáša do valcov. V pieste s väčšou plochou A1 je zaznamenaná sila F2, ktorá je oveľa väčšia ako použitá sila, čo závisí od pomerov plôch A2 / Al.
Cvičenie 1. Ak chcete zdvihnúť auto, musíte zostaviť hydraulický zdvihák. Aký vzťah musia mať priemery piestov hydraulického piestu, aby pri pôsobení sily 100 N mohol zdvihnúť auto s hmotnosťou 2500 5 kg na väčší piest? Pozri obrázok XNUMX.
Riešenie
U hydraulických zdvihákov je splnený Pascalov princíp, keď je tlak oleja vo vnútri hydraulického zdviháka rovnaký, ale sily sa „znásobujú“, keď majú piesty rôzne oblasti. Určenie plošného pomeru piestov hydraulického zdviháka:
- Vzhľadom na hmotnosť vozidla, ktoré chcete zdvihnúť, 2.500 6 kg, určte hmotnosť vozidla pomocou druhého Newtonovho zákona. [XNUMX]
Pozývame vás pozrieť si článok Newtonove zákony „ľahko pochopiteľné“
- Aplikuje sa Pascalov princíp, vyrovnávajúci tlaky v piestoch.
- Plošný vzťah piestov je vymazaný a hodnoty nahradené. Pozri obrázok 6.
Plochy piestov by mali mať napríklad pomer 24,52, ak máte malý piest s polomerom 3 cm (plocha A1= 28,27 cm2), veľký piest by mal mať polomer 14,8 cm (plocha A2= 693,18 cm2).
Hidraulický výťah
Hydraulický zdvih je mechanické zariadenie slúžiace na zdvíhanie ťažkých predmetov. Hydraulické výťahy sa používajú v mnohých autoservisoch na vykonávanie opráv pod vozidlami.
Prevádzka hydraulických výťahov je založená na Pascalovom princípe. Výťahy všeobecne používajú olej na prenos tlaku na piesty. Elektromotor aktivuje hydraulické čerpadlo, ktoré vyvíja tlak na piest s najmenšou plochou. V pieste s najväčšou plochou sa sila „znásobuje“, čo umožňuje zdvihnúť opravované vozidlá. Pozri obrázok 7.
Cvičenie 2. Nájdite maximálne zaťaženie, ktoré je možné zdvihnúť pomocou hydraulického zdvihu, ktorého plocha najmenšieho piestu je 28 cm2 a najväčšieho piestu 1520 cm2, keď je maximálna sila, ktorá je možné vyvinúť, 500 N. Pozri obrázok 8.
riešenie:
Pretože Pascalov princíp je v hydraulických zdvihákoch splnený, tlaky na piesty budú rovnaké, čím bude známa maximálna sila pôsobiaca na menší piest, vypočíta sa maximálna sila pôsobiaca na veľký piest (F2), ako zobrazené na obrázku 9.
Ak poznáme maximálnu hmotnosť (F2), ktorú je možné zdvihnúť, určí sa hmotnosť pomocou druhého Newtonovho zákona [6], takže je možné zdvihnúť aj vozidlá s hmotnosťou do 2766,85 kg. Pozri obrázok 10. Podľa tabuľky na obrázku 8 z priemernej hmotnosti vozidla dokáže zdvihnúť iba kompaktné automobily s priemernou hmotnosťou 2.500 XNUMX kg.
Hydraulické brzdy
Na vozidlách sa používajú brzdy na ich spomalenie alebo úplné zastavenie. Všeobecne platí, že hydraulické brzdy majú mechanizmus, ako je znázornený na obrázku. Stlačením brzdového pedála sa vyvinie sila, ktorá sa prenáša na piest s malou plochou. Pôsobiaca sila vytvára tlak vo vnútri brzdovej kvapaliny. [7].
V kvapaline sa tlak prenáša do všetkých smerov až k druhému piestu, kde sa sila zosilňuje. Piest pôsobí na disky alebo bubny a brzdí tak pneumatiky vozidla.
záver
Pascalov princíp uvádza, že pre nestlačiteľné tekutiny v pokoji je tlak v celej tekutine konštantný. Tlak vyvíjaný kdekoľvek v uzavretej tekutine sa prenáša rovnako vo všetkých smeroch a smeroch.
Medzi aplikáciami Pascalov princíp Existuje veľa hydraulických zariadení, ako sú lisy, výťahy, brzdy a zdviháky, zariadenia, ktoré umožňujú zosilniť sily, podľa vzťahu oblastí v piestoch zariadenia.
Neprestávajte kontrolovať na našom webe Newtonov zákon, Termodynamické princípy, Bernoulliho princíp okrem iného veľmi zaujímavé.