Принцип Паскаля [легко пояснити]
Французький фізик і математик Блез Паскаль (1623-1662), зробив різні внески в теорію ймовірностей, математику та природничу історію. Найвідоміший - принцип Паскаля щодо поведінки рідин.
Постулат Паскаля це досить просто, легко зрозуміти і дуже корисно. Шляхом експериментів Паскаль виявляє, що тиск у рідинах у стані спокою передається рівномірно по всьому об’єму та в усіх напрямках.
Заява Паскаля, На основі вивчення рідин він використовується для проектування різноманітного гідравлічного обладнання, такого як преси, ліфти, автомобільні гальма та ін.
Основні поняття для розуміння Принципу Паскаля
Тиск
Тиск - це відношення прикладеної сили до одиниці площі. Він вимірюється в таких одиницях, як Паскаль, бар, атмосфера, кілограми на квадратний сантиметр, фунти на квадратний дюйм, серед іншого. [1]
Тиск обернено пропорційна нанесеній поверхні або площі: чим більша площа, тим менший тиск, тим менша площа, тим більший тиск. Наприклад, на малюнку 2 сила 10 Н діє на цвях, кінчик якого має дуже малу площу, тоді як така ж сила 10 Н прикладається до зубила, кінчик якого має більшу площу, ніж кінчик цвяха. Оскільки цвях має дуже маленький наконечник, вся сила прикладається до його кінчика, чинячи на нього великий тиск, тоді як у зубилі більша площа дозволяє силі розподілятися більше, створюючи менший тиск.
Цей ефект також можна спостерігати на піску або снігу. Якщо жінка носить спортивне взуття або взуття на дуже маленькому каблуці, з дуже дрібним взуттям на підборах вона, як правило, більше тоне, оскільки вся його вага зосереджена на дуже невеликій ділянці (каблуці).
Гідростатичний тиск
Це тиск, який чинить рідина в спокої на кожну зі стінок контейнера, що містить рідину. Це пов’язано з тим, що рідина приймає форму контейнера, і це перебуває в стані спокою, як наслідок, трапляється, що на кожну зі стінок діє рівномірна сила.
Рідини
Матерія може бути у твердому, рідкому, газоподібному або плазмовому стані. Матерія в твердому стані має певну форму і об'єм. Рідини мають певний об’єм, але не певну форму, приймаючи форму контейнера, що їх містить, тоді як гази не мають ані певного об’єму, ані певної форми.
Рідини та гази вважаються "рідинами", оскільки в них молекули утримуються разом слабкими когезійними силами, коли вони піддаються тангенціальним силам, як правило, течуть, рухаючись у контейнері, що їх містить. Рідини - це системи, які перебувають у постійному русі.
Тверді речовини передають силу, яка на нього діє, тоді як у рідинах і газах передається тиск.
ПРИНЦИП ПАСКАЛА
Французький фізик і математик Блез Паскаль зробив різні внески в теорію ймовірностей, математику та природничу історію. Найвідомішим є принцип, який носить його ім'я щодо поведінки рідин. [2]
Заява принципу Паскаля
Принцип Паскаля стверджує, що тиск, що чиниться в будь-якому місці закритої і нестисливої рідини, передається рівномірно у всіх напрямках по всій рідині, тобто тиск у рідині постійний. [3].
Приклад принципу Паскаля можна побачити на малюнку 3. Отвори робили в контейнері і закривали пробками, потім заповнювали водою (рідиною) і ставили кришку. Коли на кришку ємності прикладають силу, у воді подається тиск, рівний у всіх напрямках, змушуючи виходити всі пробки, що були в отворах.
Одним з найвідоміших його експериментів був шприц Паскаля. Шприц наповнювали рідиною і з'єднували з пробірками, коли під тиском на поршень шприца рідина піднімалася на однакову висоту в кожній з пробірок. Таким чином було встановлено, що збільшення тиску рідини, що перебуває в стані спокою, рівномірно передається по всьому об'єму та в усіх напрямках. [4].
ЗАСТОСУВАННЯ ПАСКАЛЬНОГО ПРИНЦИПУ
Застосування Принцип Паскаля Їх можна побачити в повсякденному житті в численних гідравлічних обладнаннях, таких як гідравлічні преси, підйомники, гальма та домкрати.
Гідравлічний прес
Гідравлічний прес це пристрій, що дозволяє посилити сили. Принцип роботи, заснований на принципі Паскаля, застосовується в пресах, елеваторах, гальмах та у різноманітних гідравлічних пристроях.
Він складається з двох циліндрів з різних областей, наповнених маслом (або іншою рідиною) і сполучених між собою. Також є два плунжери або поршні, які входять в циліндри, щоб вони контактували з рідиною. [5].
Приклад гідравлічного преса показаний на малюнку 4. Коли на поршень меншої площі А1 застосовується сила F1, у рідині створюється тиск, який миттєво передається всередину циліндрів. У поршні з більшою площею А2 відчувається сила F2, набагато більша, ніж прикладена, що залежить від співвідношення площ А2 / А1.
Вправа 1. Щоб підняти машину, потрібно побудувати гідравлічний домкрат. Яке співвідношення повинні мати діаметри поршнів гідравлічного барабана, щоб, приклавши силу 100 Н, він міг підняти на більший поршень автомобіль вагою 2500 кг? Дивіться малюнок 5.
Рішення
У гідравлічних домкратах виконується принцип Паскаля, де тиск масла всередині гідравлічного домкрата однаковий, але сили «збільшуються», коли поршні мають різні площі. Для визначення співвідношення площ поршнів гідравлічного домкрата:
- Враховуючи масу автомобіля, що піднімається 2.500 кг, вага машини визначається за другим законом Ньютона. [6]
Запрошуємо переглянути статтю Закони Ньютона "легко зрозуміти"
- Застосовується принцип Паскаля, що вирівнює тиск у поршнях.
- Зв’язок площі плунжерів очищається і значення замінюються. Дивіться малюнок 6.
Площа плунжерів повинна мати співвідношення 24,52, наприклад, якщо у вас невеликий плунжер радіусом 3 см (площа А1= 28,27 см2), великий поршень повинен мати радіус 14,8 см (площа А2= 693,18 см2).
Ліфт гідравлічний
Гідравлічний підйомник - це механічний пристрій, що використовується для підйому важких предметів. Гідравлічні підйомники використовуються у багатьох автомагазинах для виконання ремонтних робіт під автомобілем.
Робота гідравлічних підйомників заснована на принципі Паскаля. Ліфти зазвичай використовують масло для передачі тиску на поршні. Електродвигун активує гідравлічний насос, який чинить тиск на поршень з найменшою площею. У поршні з найбільшою площею зусилля “примножується”, завдяки чому можна піднімати транспортні засоби, що підлягають ремонту. Дивіться малюнок 7.
Вправа 2. Знайдіть максимальне навантаження, яке можна підняти гідравлічним підйомником, площа якого найменшого поршня дорівнює 28 см2, а найбільшого поршня - 1520 см2, коли максимальна сила, яку можна прикласти, становить 500 Н. Див. малюнок 8.
рішення:
Оскільки принцип Паскаля виконується в гідравлічних підйомниках, тиск на поршнях буде рівним, отже, знаючи максимальну силу, яку можна прикласти до меншого поршня, розраховується максимальна сила, яка буде надаватися на великий поршень (F2), як показано на малюнку 9.
Знаючи максимальну вагу (F2), яку можна підняти, масу визначають, використовуючи другий закон Ньютона [6], таким чином можна підняти транспортні засоби вагою до 2766,85 кг. Див. Малюнок 10. Згідно з таблицею на малюнку 8, із середніх мас транспортних засобів ліфт зможе піднімати лише компактні вагони із середньою масою 2.500 кг.
Гідравлічні гальма
На транспортних засобах застосовуються гальма, щоб уповільнити їх або повністю зупинити. Загалом, гідравлічні гальма мають такий механізм, як показано на малюнку. Натискання на педаль гальма прикладає силу, яка передається на поршень невеликої площі. Прикладається зусилля створює тиск всередині гальмівної рідини. [7].
У рідині тиск передається в усіх напрямках, аж до другого поршня, де сила посилюється. Поршень діє на диски або барабани для гальмування шин автомобіля.
ВИСНОВКИ
Принцип Паскаля стверджує, що для нестисливих рідин, що перебувають у спокої, тиск є постійним у всій рідині. Тиск, що чиниться в будь-якій точці закритої рідини, передається однаково у всіх напрямках і напрямках.
Серед додатків Принцип Паскаля Існує численні гідравлічні обладнання, такі як преси, елеватори, гальма та домкрати, пристрої, що дозволяють посилювати зусилля, відповідно до співвідношення площ у плунжерах пристрою.
Не зупиняйте перегляд на нашому веб-сайті Закон Ньютона, Термодинамічні принципи, то Принцип Бернуллі серед інших дуже цікавий.