Pascals princip [förklaras lätt]
Den franska fysikern och matematikern Blaise Pascal (1623-1662), gjorde olika bidrag till teorin om sannolikhet, matematik och naturhistoria. Den mest kända är Pascals princip om vätskornas beteende.
Pascals postulat det är ganska enkelt, lätt att förstå och mycket användbart. Genom experiment finner Pascal att trycket i vätskor, i vilotillstånd, överförs enhetligt genom hela volymen och i alla riktningar.
Pascals uttalande, Baserat på studier av vätskor används den för design av ett brett utbud av hydraulisk utrustning såsom pressar, hissar, bilbromsar, bland andra.
Grundläggande begrepp för att förstå Pascals princip
tryck
Trycket är förhållandet mellan den applicerade kraften per ytenhet. Det mäts i enheter som Pascal, bar, atmosfär, kilogram per kvadratcentimeter, psi (pund per kvadrattum), bland andra. [1]
Trycket är omvänt proportionell mot den applicerade ytan eller arean: ju större område, desto mindre tryck, desto mindre område, desto större tryck. Till exempel, i figur 2 utövas en kraft på 10 N på en spik vars spets har en mycket liten yta, medan samma kraft på 10 N appliceras på en mejsel vars spets har ett större område än spikens spets. Eftersom spiken har en mycket liten spets appliceras all kraft på dess spets, vilket utövar stort tryck på den, medan det i mejseln gör att det större området tillåter kraften att fördelas mer, vilket genererar mindre tryck.
Denna effekt kan också observeras i sand eller snö. Om en kvinna bär en sportsko eller en mycket liten hälsko, med en mycket finhårig hälsko, tenderar den att sjunka mer eftersom all sin vikt är koncentrerad till ett mycket litet område (hälen).
Hydrostatiskt tryck
Det är trycket som utövas av en vätska i vila på var och en av behållarens väggar som innehåller vätskan. Detta beror på att vätskan har formen på behållaren och att den är i vila, som en följd händer det att en enhetlig kraft verkar på var och en av väggarna.
fluider
Materia kan vara i fast, flytande, gasformigt eller plasmat tillstånd. Materiet i fast tillstånd har en bestämd form och volym. Vätskor har en bestämd volym, men inte en bestämd form, och antar formen på behållaren som innehåller dem, medan gaser varken har en bestämd volym eller en bestämd form.
Vätskor och gaser betraktas som "vätskor", eftersom molekylerna i dessa hålls samman av svaga sammanhängande krafter när de utsätts för tangentiella krafter som de tenderar att strömma och rör sig i behållaren som innehåller dem. Vätskor är system som är i konstant rörelse.
Torrsubstanser överför den kraft som utövas på det, medan i vätskor och gaser överförs tryck.
PASCALS PRINCIP
Den franska fysikern och matematikern Blaise Pascal gjorde olika bidrag inom sannolikhetsteori, matematik och naturhistoria. Den mest kända är principen som bär hans namn på beteendet hos vätskor. [2]
Uttalande av Pascals princip
Pascals princip anger att trycket som utövas var som helst i en sluten, komprimerbar vätska överförs lika i alla riktningar genom vätskan, det vill säga trycket i hela vätskan är konstant. [3].
Ett exempel på Pascals princip kan ses i figur 3. Hål gjordes i en behållare och täcktes med korkar, sedan fylldes med vatten (vätska) och ett lock placerades. När en kraft appliceras på behållarens lock presenteras ett tryck i vattnet som är lika i alla riktningar, vilket får alla korkar som var i hålen att komma ut.
Ett av hans mest kända experiment var Pascals spruta. Sprutan fylldes med en vätska och anslöts till rören, när tryck utövades på sprutans kolv steg vätskan till samma höjd i vart och ett av rören. Det visade sig således att ökningen av trycket hos en vätska som är i vila överförs enhetligt genom hela volymen och i alla riktningar. [4].
TILLÄMPNINGAR AV PASCAL PRINCIP
Tillämpningarna av Pascals princip De kan ses i vardagen i många hydrauliska utrustningar som hydrauliska pressar, lyftar, bromsar och domkrafter.
Hydraulisk press
Hydraulpressen det är en anordning som gör det möjligt att förstärka krafterna. Funktionsprincipen, baserad på Pascals princip, används i pressar, hissar, bromsar och i en mängd olika hydrauliska enheter.
Den består av två cylindrar, av olika områden, fyllda med olja (eller annan vätska) och kommunicerade med varandra. Det finns också två kolvar eller kolvar som passar in i cylindrarna så att de är i kontakt med vätskan. [5].
Ett exempel på en hydraulisk press visas i figur 4. När en kraft F1 appliceras på kolven i mindre område A1 skapas ett tryck i vätskan som omedelbart överförs inuti cylindrarna. I kolven med ett större område A2 upplevs en kraft F2, mycket större än den som appliceras, vilket beror på förhållandena mellan områdena A2 / A1.
Övning 1. För att lyfta en bil vill du bygga en hydraulisk domkraft. Vilket förhållande måste diametrarna på de hydrauliska kolvkolvarna ha så att den genom att applicera en kraft på 100 N kan lyfta en 2500 kg bil på den större kolven? Se figur 5.
Lösning
I hydrauliska domkrafter uppfylls Pascals princip, där oljetrycket inuti hydraulisk domkraft är detsamma, men krafterna ”multipliceras” när kolvarna har olika områden. För att bestämma areaförhållandet för hydrauliska domkolvkolvar:
- Med tanke på bilens vikt, 2.500 kg, som du vill lyfta, kan du bestämma bilens vikt med Newtons andra lag. [6]
Vi inbjuder dig att se artikeln Newtons lagar "lätta att förstå"
- Pascals princip tillämpas, vilket utjämnar trycken i kolvarna.
- Områdesförhållandet för kolvarna rensas och värdena ersätts. Se figur 6.
Områdena på kolvarna bör ha ett förhållande på 24,52, till exempel om du har en liten kolv med en radie på 3 cm (område A1= 28,27 cm2), bör den stora kolven ha en radie på 14,8 cm (område A.2= 693,18 cm2).
Hidraulisk hiss
En hydraullyft är en mekanisk anordning som används för att lyfta tunga föremål. Hydrauliska hissar används i många bilaffärer för reparationer under fordonet.
Driften av hydrauliska hissar baseras på Pascals princip. Hissar använder vanligtvis olja för att överföra tryck till kolvarna. En elmotor aktiverar en hydraulisk pump som utövar tryck på kolven med det minsta området. I kolven med det största området ”multipliceras” kraften för att kunna lyfta de fordon som ska repareras. Se figur 7.
Övning 2. Hitta den maximala belastningen som kan lyftas med en hydraullyft vars area för den minsta kolven är 28 cm2, och den för den största kolven är 1520 cm2, när den maximala kraften som kan appliceras är 500 N. Se figur 8.
lösning:
Eftersom Pascals princip uppfylls i hydrauliska lyftare kommer trycken på kolvarna att vara lika, varvid man vet den maximala kraften som kan appliceras på den mindre kolven, den maximala kraften som kommer att utövas på den stora kolven beräknas (F2), som visas i figur 9.
Med kännedom om den maximala vikten (F2) som kan lyftas, bestäms massan med Newtons andra lag [6], så fordon som väger upp till 2766,85 kg kan lyftas. Se figur 10. Enligt tabellen i figur 8 kommer hissen endast att kunna lyfta kompakta bilar med en genomsnittlig massa på 2.500 XNUMX kg.
Hydrauliska bromsar
Bromsar används på fordon för att sakta ner dem eller stoppa dem helt. Generellt har hydrauliska bromsar en mekanism som den som visas i figuren. Genom att trycka ned bromspedalen appliceras en kraft som överförs till en liten kolv. Den applicerade kraften skapar ett tryck inuti bromsvätskan. [7].
I vätskan överförs trycket i alla riktningar, upp till en andra kolv där kraften förstärks. Kolven verkar på skivor eller trummor för att bromsa fordonets däck.
SLUTSATSER
Pascals princip anger att för inkompressibla vätskor i vila är trycket konstant i hela vätskan. Trycket som utövas var som helst i den slutna vätskan överförs lika i alla riktningar och riktningar.
Bland tillämpningarna av Pascals princip Det finns många hydrauliska utrustningar såsom pressar, hissar, bromsar och domkrafter, anordningar som gör det möjligt att förstärka krafterna, beroende på förhållandet mellan områden i enhetens kolvar.
Sluta inte granska på vår webbplats Newtons lag, Termodynamiska principer, The Bernoullis princip bland annat mycket intressant.