หลักการของ Pascal [อธิบายอย่างง่าย]

นักฟิสิกส์และนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Pascal Blaise (1623-1662) มีส่วนสนับสนุนทฤษฎีความน่าจะเป็น คณิตศาสตร์ และประวัติศาสตร์ธรรมชาติต่างๆ ที่รู้จักกันดีที่สุดคือหลักการของ Pascal เกี่ยวกับพฤติกรรมของของไหล

สัจธรรมของปาสกาล มันค่อนข้างง่าย เข้าใจง่าย และมีประโยชน์มาก จากการทดลอง Pascal พบว่าแรงดันในของเหลวในสภาวะพัก จะถูกส่งอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งปริมาตรและในทุกทิศทาง

คำแถลงของปาสกาล จากการศึกษาของไหล มันถูกใช้สำหรับการออกแบบอุปกรณ์ไฮดรอลิกที่หลากหลาย เช่น เครื่องกด ลิฟต์ เบรกรถยนต์ เป็นต้น

แนวคิดพื้นฐานเพื่อทำความเข้าใจหลักการของปาสกาล

ความดัน

ความดัน คืออัตราส่วนของแรงที่ใช้ต่อหน่วยพื้นที่ วัดเป็นหน่วยต่างๆ เช่น ปาสกาล บาร์ บรรยากาศ กิโลกรัมต่อตารางเซนติเมตร psi (ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) เป็นต้น [1]

ความดัน เป็นสัดส่วนผกผันกับพื้นผิวหรือพื้นที่ที่ใช้: ยิ่งพื้นที่มาก ความกดดันน้อย พื้นที่ยิ่งน้อย ความกดดันยิ่งมากขึ้น ตัวอย่างเช่น ในรูปที่ 2 แรง 10 N กระทำบนเล็บที่มีส่วนปลายมีขนาดเล็กมาก ในขณะที่ใช้แรง 10 N เท่ากันกับสิ่วที่ส่วนปลายมีขนาดใหญ่กว่าส่วนปลายของตะปู . เนื่องจากเล็บมีปลายที่เล็กมาก แรงทั้งหมดจึงถูกนำไปใช้กับส่วนปลาย ทำให้เกิดแรงกดบนเล็บอย่างมาก ในขณะที่สิ่ว พื้นที่ที่ใหญ่ขึ้นจะช่วยให้แรงกระจายมากขึ้น ทำให้เกิดแรงกดน้อยลง

เอฟเฟกต์นี้สามารถสังเกตได้ในทรายหรือหิมะ หากผู้หญิงสวมรองเท้ากีฬาหรือรองเท้าส้นเล็กมาก รองเท้าส้นเตี้ยหัวแม่เท้าจะจมลงมากกว่าเดิม เนื่องจากน้ำหนักทั้งหมดจะกระจุกตัวอยู่ในบริเวณที่เล็กมาก (ส้น)

ความดันอุทกสถิต

มันคือความดันที่กระทำโดยของไหลที่อยู่นิ่งบนผนังแต่ละส่วนของภาชนะที่บรรจุของเหลวนั้น เนื่องจากของเหลวมีรูปร่างของภาชนะและหยุดนิ่ง ดังนั้นจึงเกิดแรงสม่ำเสมอที่กระทำต่อผนังแต่ละด้าน

ของเหลว

สสารสามารถอยู่ในสถานะของแข็ง ของเหลว ก๊าซ หรือพลาสมา สสารในสถานะของแข็งมีรูปร่างและปริมาตรที่แน่นอน ของเหลวมีปริมาตรที่แน่นอน แต่ไม่มีรูปร่างที่แน่นอน โดยนำรูปร่างของภาชนะที่บรรจุอยู่มาใช้ ในขณะที่ก๊าซไม่มีปริมาตรที่แน่นอนหรือรูปร่างที่แน่นอน

ของเหลวและก๊าซถือเป็น "ของไหล" เนื่องจากในสิ่งเหล่านี้ โมเลกุลจะถูกยึดเข้าด้วยกันโดยแรงยึดเกาะที่อ่อนแอ เมื่ออยู่ภายใต้แรงสัมผัส พวกมันมักจะไหลเคลื่อนที่ในภาชนะที่บรรจุพวกมัน ของไหลคือระบบที่เคลื่อนที่ตลอดเวลา

ของแข็งส่งแรงที่กระทำต่อมัน ในขณะที่แรงดันของเหลวและก๊าซจะถูกส่งผ่าน

หลักการของปาสกาล

นักฟิสิกส์และนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Blaise Pascal มีส่วนสนับสนุนในด้านทฤษฎีความน่าจะเป็น คณิตศาสตร์ และประวัติศาสตร์ธรรมชาติ ที่รู้จักกันดีที่สุดคือหลักการที่มีชื่อของเขาเกี่ยวกับพฤติกรรมของของไหล [2]

หลักการปาสกาล

หลักการปาสกาล ระบุว่าความดันที่กระทำที่ใดก็ได้ในของเหลวที่ปิดสนิทและไม่สามารถบีบอัดได้จะถูกส่งผ่านอย่างเท่าเทียมกันในทุกทิศทางทั่วทั้งของไหล กล่าวคือ ความดันทั่วทั้งของไหลจะคงที่ [3].

ตัวอย่างของหลักการของ Pascal สามารถดูได้ในรูปที่ 3 ทำรูในภาชนะและปิดด้วยจุกจากนั้นเติมน้ำ (ของเหลว) แล้วปิดฝา เมื่อใช้แรงกดที่ฝาภาชนะ แรงดันน้ำจะปรากฎขึ้นในทุกทิศทาง ส่งผลให้จุกไม้ก๊อกทั้งหมดที่อยู่ในรูหลุดออกมา

หนึ่งในการทดลองที่รู้จักกันดีที่สุดของเขาคือการทดลองเกี่ยวกับหลอดฉีดยาของปาสกาล กระบอกฉีดยาเต็มไปด้วยของเหลวและเชื่อมต่อกับท่อบางหลอด เมื่อแรงดันถูกกดลงบนลูกสูบของกระบอกฉีดยา ของเหลวจะสูงขึ้นที่ความสูงเท่ากันในแต่ละหลอด ดังนั้นจึงพบว่าการเพิ่มขึ้นของความดันของของเหลวที่อยู่นิ่งจะถูกส่งอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งปริมาตรและในทุกทิศทาง [4].

การประยุกต์ใช้หลักการปาสกาล

แอพพลิเคชั่นของ หลักการปาสกาล สามารถพบเห็นได้ในชีวิตประจำวันในอุปกรณ์ไฮดรอลิกมากมาย เช่น เครื่องอัดไฮดรอลิก รอก เบรก และแม่แรง

เครื่องอัดไฮดรอลิก

เครื่องอัดไฮดรอลิก เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยในการขยายกำลัง หลักการทำงานซึ่งยึดตามหลักการของ Pascal นั้นถูกใช้ในงานกด ลิฟต์ เบรก และในอุปกรณ์ไฮดรอลิกต่างๆ

ประกอบด้วยกระบอกสูบสองกระบอก พื้นที่ต่างกัน บรรจุน้ำมัน (หรือของเหลวอื่นๆ) และสื่อสารถึงกัน ลูกสูบหรือลูกสูบสองตัวยังวางอยู่ในกระบอกสูบเพื่อให้สัมผัสกับของเหลว [5].

ตัวอย่างของเครื่องอัดไฮดรอลิกแสดงไว้ใน รูปที่ 4 เมื่อใช้แรง F1 กับลูกสูบของพื้นที่ A1 ที่เล็กกว่า แรงดันจะถูกสร้างขึ้นในของเหลวที่ส่งผ่านภายในกระบอกสูบทันที ในลูกสูบที่มีพื้นที่ A2 ที่ใหญ่กว่า จะเกิดแรง F2 มากกว่าแรงที่ใช้ ซึ่งขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ของพื้นที่ A2 / A1

แบบฝึกหัดที่ 1 ในการยกรถ คุณต้องการสร้างแม่แรงไฮดรอลิก เส้นผ่านศูนย์กลางของลูกสูบไฮดรอลิกต้องมีความสัมพันธ์แบบใดจึงจะสามารถใช้แรง 100 นิวตันยกรถ 2500 กก. บนลูกสูบที่ใหญ่กว่าได้ ดูรูปที่ 5

ทางออก

ในแม่แรงไฮดรอลิกเป็นไปตามหลักการของ Pascal โดยที่แรงดันน้ำมันภายในแม่แรงไฮดรอลิกจะเท่ากัน แต่แรงจะ "คูณ" เมื่อลูกสูบมีพื้นที่ต่างกัน เพื่อกำหนดอัตราส่วนพื้นที่ลูกสูบของแม่แรงไฮดรอลิก:

• เมื่อพิจารณาจากมวลของรถที่จะยกขึ้น 2.500 กก. น้ำหนักของรถจะถูกกำหนดโดยใช้กฎข้อที่สองของนิวตัน [6]

เราขอเชิญคุณดูบทความ กฎของนิวตัน "เข้าใจง่าย"

• ใช้หลักการของ Pascal เพื่อทำให้แรงดันในลูกสูบเท่ากัน
• ล้างความสัมพันธ์ในพื้นที่ของลูกสูบและค่าที่แทนที่ ดูรูปที่ 6

พื้นที่ของลูกสูบควรมีอัตราส่วน 24,52 เช่น หากคุณมีลูกสูบขนาดเล็กที่มีรัศมี 3 ซม. (พื้นที่ A₁= 28,27 ซม.²) ลูกสูบขนาดใหญ่ควรมีรัศมี 14,8 ซม. (พื้นที่A₂= 693,18 ซม.²).

ลิฟต์ไฮโดรลิก

ลิฟต์ไฮดรอลิกเป็นอุปกรณ์ทางกลที่ใช้ยกของหนัก ลิฟต์ไฮดรอลิกใช้ในร้านค้ารถยนต์หลายแห่งเพื่อซ่อมแซมใต้ท้องรถ

การทำงานของลิฟต์ไฮดรอลิกเป็นไปตามหลักการของ Pascal ลิฟต์มักใช้น้ำมันเพื่อส่งแรงดันไปยังลูกสูบ มอเตอร์ไฟฟ้ากระตุ้นปั๊มไฮดรอลิกที่ออกแรงกดบนลูกสูบด้วยพื้นที่ที่เล็กที่สุด ในลูกสูบที่มีพื้นที่มากที่สุด แรงจะ "คูณ" เพื่อให้สามารถยกรถที่จะซ่อมได้ ดูรูปที่ 7

แบบฝึกหัดที่ 2 หาน้ำหนักสูงสุดที่สามารถยกได้ด้วยลิฟต์ไฮดรอลิกที่มีพื้นที่ของลูกสูบที่เล็กที่สุดคือ 28 cm2 และของลูกสูบที่ใหญ่ที่สุดคือ 1520 cm2 เมื่อแรงสูงสุดที่สามารถใช้ได้คือ 500 N ดู รูปที่ 8.

วิธีการแก้ปัญหา:

เนื่องจากหลักการของ Pascal ถูกเติมเต็มในตัวยกแบบไฮดรอลิก แรงกดบนลูกสูบจะเท่ากัน ดังนั้น เมื่อทราบถึงแรงสูงสุดที่สามารถใช้ได้กับลูกสูบที่มีขนาดเล็กกว่า แรงสูงสุดที่กระทำกับลูกสูบขนาดใหญ่จะคำนวณ ( F2) เช่น แสดงในรูปที่ 9

เมื่อทราบน้ำหนักสูงสุด (F2) ที่สามารถยกได้ มวลจะถูกกำหนดโดยใช้กฎข้อที่สองของนิวตัน [6] ดังนั้น รถที่มีน้ำหนักมากถึง 2766,85 กก. สามารถยกได้ ดูรูปที่ 10 จากตารางในภาพที่ 8 ของมวลรถโดยเฉลี่ย ลิฟท์จะสามารถยกได้เฉพาะรถคอมแพคที่มีมวลเฉลี่ย 2.500 กก.

เบรกไฮดรอลิก

เบรกใช้กับยานพาหนะเพื่อชะลอความเร็วหรือหยุดรถโดยสมบูรณ์ โดยทั่วไป เบรกไฮดรอลิกมีกลไกเหมือนกับที่แสดงในรูป การเหยียบแป้นเบรกจะส่งแรงส่งไปยังลูกสูบขนาดเล็ก แรงที่ใช้จะสร้างแรงดันภายในน้ำมันเบรก [7].

ในของเหลวความดันจะถูกส่งไปในทุกทิศทาง จนถึงลูกสูบตัวที่สองซึ่งกำลังถูกขยาย ลูกสูบทำหน้าที่บนดิสก์หรือดรัมเพื่อเบรกยางรถยนต์

สรุป

หลักการปาสกาล ระบุว่า สำหรับของเหลวที่ไม่สามารถบีบอัดได้ที่อยู่นิ่ง ความดันจะคงที่ตลอดของไหล แรงดันที่กระทำต่อที่ใดก็ได้ในของเหลวที่ปิดสนิทจะถูกส่งผ่านอย่างเท่าเทียมกันในทุกทิศทางและทุกทิศทาง

ในบรรดาแอพพลิเคชั่นของ หลักการปาสกาล มีอุปกรณ์ไฮดรอลิกมากมาย เช่น เครื่องกด ลิฟต์ เบรก และแม่แรง อุปกรณ์ที่ช่วยให้ขยายกำลังตามความสัมพันธ์ของพื้นที่ในลูกสูบของอุปกรณ์

อย่าหยุดรีวิวบนเว็บไซต์ของเรา the กฎของนิวตัน, หลักการทางอุณหพลศาสตร์, หลักการของ Bernoulli ท่ามกลางคนอื่น ๆ ที่น่าสนใจมาก

Referencias

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