Nguyên lý Pascal [dễ dàng giải thích]
Nhà vật lý và toán học người Pháp Blaise Pascal (1623-1662), có nhiều đóng góp cho lý thuyết xác suất, toán học và lịch sử tự nhiên. Được biết đến nhiều nhất là nguyên lý Pascal, về hoạt động của chất lỏng.
Định đề Pascal nó khá đơn giản, dễ hiểu và rất hữu ích. Qua các thí nghiệm, Pascal nhận thấy rằng áp suất trong chất lỏng, ở trạng thái nghỉ, được truyền một cách đồng đều trong thể tích và theo mọi phương.
Tuyên bố của Pascal, Dựa trên nghiên cứu về chất lỏng, nó được sử dụng để thiết kế nhiều loại thiết bị thủy lực như máy ép, thang máy, phanh ô tô, trong số những thiết bị khác.
Các khái niệm cơ bản để hiểu nguyên lý Pascal
Áp lực
Áp lực là tỷ số của lực tác dụng trên một đơn vị diện tích. Nó được đo bằng các đơn vị như Pascal, bar, khí quyển, kilogam trên cm vuông, psi (pound trên inch vuông), trong số những đơn vị khác. [1]
Áp lực tỷ lệ nghịch với bề mặt hoặc diện tích được áp dụng: diện tích càng lớn thì áp suất càng nhỏ, diện tích càng nhỏ thì áp suất càng lớn. Ví dụ, trong Hình 2, một lực 10 N được tác dụng lên một chiếc đinh mà đầu đinh có diện tích rất nhỏ, trong khi lực tương tự 10 N được tác dụng lên một chiếc đục mà đầu của nó có diện tích lớn hơn đầu đinh. Vì đinh có một đầu rất nhỏ nên toàn bộ lực tác dụng vào đầu đinh sẽ tạo áp lực lớn lên nó, trong khi ở phần đục, diện tích lớn hơn cho phép lực phân bố nhiều hơn, tạo ra ít áp lực hơn.
Hiệu ứng này cũng có thể được quan sát thấy trong cát hoặc tuyết. Nếu một người phụ nữ đi giày thể thao hoặc giày gót quá nhỏ, với một đôi giày gót nhọn rất tốt, nó có xu hướng bị lún nhiều hơn vì tất cả trọng lượng của nó tập trung ở một khu vực rất nhỏ (gót chân).
Áp lực nước
Đó là áp suất do chất lỏng tác dụng lên mỗi thành của bình chứa chất lỏng. Điều này là do chất lỏng có hình dạng của vật chứa và điều này đang ở trạng thái nghỉ, do đó, lực đồng đều tác động lên mỗi thành.
Chất lỏng
Vật chất có thể ở trạng thái rắn, lỏng, khí hoặc plasma. Vật chất ở trạng thái rắn có hình dạng và khối lượng xác định. Chất lỏng có thể tích xác định, nhưng không có hình dạng xác định, có hình dạng của vật chứa chứa chúng, trong khi chất khí không có thể tích xác định cũng không có hình dạng xác định.
Chất lỏng và chất khí được coi là "chất lỏng", vì trong những chất này, các phân tử được giữ với nhau bằng lực dính yếu, khi chúng chịu tác dụng của lực tiếp tuyến, chúng có xu hướng chảy, chuyển động trong vật chứa chứa chúng. Chất lỏng là hệ thống chuyển động không đổi.
Chất rắn truyền lực tác dụng lên nó, còn trong chất lỏng và chất khí truyền áp suất.
NGUYÊN TẮC CỦA PASCAL
Nhà vật lý và toán học người Pháp Blaise Pascal đã có nhiều đóng góp trong lý thuyết xác suất, toán học và lịch sử tự nhiên. Nguyên tắc được biết đến nhiều nhất là nguyên tắc mang tên ông về hoạt động của chất lỏng. [2]
Phát biểu nguyên lý Pascal
Nguyên lý của Pascal trạng thái rằng áp suất tác dụng ở bất kỳ nơi nào trong chất lỏng kín và không thể nén được sẽ được truyền theo mọi hướng như nhau trong toàn bộ chất lỏng, nghĩa là, áp suất trong chất lỏng là không đổi. [3].
Có thể thấy một ví dụ về nguyên lý của Pascal trong Hình 3. Các lỗ được tạo trong một thùng chứa và được đậy bằng nút chai, sau đó đổ đầy nước (chất lỏng) và một nắp đậy được đặt. Khi một lực tác dụng lên nắp thùng chứa, một áp suất được tạo ra trong nước theo mọi hướng bằng nhau, làm cho tất cả các nút có trong lỗ bật ra.
Một trong những thí nghiệm nổi tiếng nhất của ông là ống tiêm của Pascal. Ống tiêm chứa đầy chất lỏng và được nối với một số ống, khi tác dụng áp lực lên pít tông của ống tiêm, chất lỏng dâng lên cùng độ cao trong mỗi ống. Do đó, người ta thấy rằng sự gia tăng áp suất của một chất lỏng đang ở trạng thái nghỉ được truyền đồng đều trong thể tích và theo mọi hướng. [4].
ỨNG DỤNG CỦA NGUYÊN TẮC PASCAL
Các ứng dụng của Nguyên lý của Pascal Chúng có thể được nhìn thấy trong cuộc sống hàng ngày trong nhiều thiết bị thủy lực như máy ép thủy lực, tời kéo, phanh và kích.
Thủy áp
Máy ép thủy lực nó là một thiết bị cho phép khuếch đại lực lượng. Nguyên tắc hoạt động, dựa trên nguyên lý Pascal, được sử dụng trong máy ép, thang máy, phanh và nhiều loại thiết bị thủy lực.
Nó bao gồm hai xi lanh, có diện tích khác nhau, chứa đầy dầu (hoặc chất lỏng khác) và thông với nhau. Ngoài ra còn có hai pít tông hoặc pít tông lắp vào xi lanh, để chúng tiếp xúc với chất lỏng. [5].
Một ví dụ về máy ép thủy lực được thể hiện trong hình 4. Khi một lực F1 tác dụng lên pittông có diện tích nhỏ hơn A1, một áp suất được tạo ra trong chất lỏng truyền ngay vào bên trong xi lanh. Trong pittông có diện tích A2 lớn hơn, lực F2 tác dụng, lớn hơn nhiều so với lực tác dụng, điều này phụ thuộc vào tỷ số diện tích A2 / A1.
Bài tập 1. Để nâng ô tô muốn chế tạo một kích thủy lực. Đường kính của các piston thuỷ lực phải có mối quan hệ nào để khi tác dụng một lực 100 N nó có thể nâng một ô tô nặng 2500 kg lên piston lớn hơn? Xem hình 5.
Giải pháp
Trong kích thủy lực, nguyên lý Pascal được đáp ứng, trong đó áp suất dầu bên trong kích thủy lực là như nhau, nhưng lực sẽ được “nhân lên” khi các piston có diện tích khác nhau. Để xác định tỷ lệ diện tích của piston kích thủy lực:
- Với khối lượng của ô tô là 2.500 kg, được nâng lên, trọng lượng của ô tô được xác định bằng cách sử dụng định luật II Newton. [6]
Mời các bạn xem bài viết Định luật Newton "dễ hiểu"
- Nguyên lý Pascal được áp dụng, cân bằng áp suất trong các piston.
- Mối quan hệ diện tích của các pit tông được xóa và các giá trị được thay thế. Xem hình 6.
Diện tích của các pít tông phải có tỷ lệ 24,52, ví dụ, nếu bạn có một pít tông nhỏ với bán kính là 3 cm (diện tích A1= 28,27 cm2), pít tông lớn nên có bán kính 14,8 cm (khu vực A2= 693,18 cm2).
Thang máy Hidraulic
Cầu nâng thủy lực là một thiết bị cơ khí dùng để nâng hạ các vật nặng. Thang máy thủy lực được sử dụng trong nhiều cửa hàng ô tô để thực hiện các công việc sửa chữa gầm xe.
Hoạt động của thang máy thủy lực dựa trên nguyên lý của Pascal. Thang máy thường sử dụng dầu để truyền áp suất đến các piston. Một động cơ điện kích hoạt một bơm thủy lực tạo áp lực lên piston với diện tích nhỏ nhất. Ở pít-tông có diện tích lớn nhất, lực được “nhân lên”, có thể nâng các phương tiện cần sửa chữa. Xem hình 7.
Bài tập 2. Tìm tải trọng lớn nhất có thể nâng bằng một thang máy thủy lực có diện tích của pittông nhỏ nhất là 28 cm2 và của pittông lớn nhất là 1520 cm2, khi lực lớn nhất có thể tác dụng là 500 N. Xem hình 8.
Giải pháp:
Vì nguyên lý Pascal được thực hiện trong máy nâng thủy lực, áp suất lên các piston sẽ bằng nhau, do đó khi biết lực lớn nhất có thể tác dụng lên piston nhỏ hơn, lực lớn nhất sẽ tác dụng lên piston lớn được tính (F2), như được hiển thị trong hình 9.
Biết trọng lượng tối đa (F2) có thể nâng được, khối lượng được xác định bằng cách sử dụng định luật II Newton [6], do đó có thể nâng được xe có trọng lượng đến 2766,85 kg. Xem hình 10. Theo bảng ở hình 8, trong số các xe có khối lượng trung bình, máy nâng sẽ chỉ nâng được các xe nhỏ gọn có khối lượng trung bình là 2.500 kg.
Phanh thủy lực
Phanh được sử dụng trên xe để giảm tốc độ hoặc dừng hoàn toàn. Nhìn chung, phanh thủy lực có cơ chế hoạt động như hình vẽ. Nhấn bàn đạp phanh sẽ tác dụng một lực được truyền đến một piston có diện tích nhỏ. Lực tác dụng tạo ra một áp suất bên trong dầu phanh. [7].
Trong chất lỏng, áp suất được truyền theo mọi hướng, đến một piston thứ hai tại đó lực được khuếch đại. Piston tác động lên đĩa hoặc tang trống để hãm lốp xe.
KẾT LUẬN
Nguyên lý của Pascal nói rằng, đối với chất lỏng không nén được ở trạng thái nghỉ, áp suất là không đổi trong toàn bộ chất lỏng. Áp suất tác dụng ở bất kỳ vị trí nào trong chất lỏng kèm theo được truyền như nhau theo mọi phương và hướng.
Trong số các ứng dụng của Nguyên lý của Pascal Có rất nhiều thiết bị thủy lực như máy ép, thang máy, phanh và kích, các thiết bị cho phép khuếch đại lực, theo mối quan hệ của các khu vực trong pit tông của thiết bị.
Không ngừng đánh giá trên trang web của chúng tôi Định luật Newton, Nguyên lý nhiệt động lực học, The nguyên lý của Bernoulli trong số những người khác rất thú vị.