基本电力技术

帕斯卡原理[简单解释]

法国物理学家和数学家 帕斯卡 (1623-1662),对概率论、数学和自然历史做出了各种贡献。 最著名的是关于流体行为的帕斯卡原理。

帕斯卡假设 它非常简单,易于理解且非常有用。 通过实验,Pascal 发现液体中的压力在静止状态下会均匀地传递到整个体积和各个方向。

帕斯卡的声明, 基于对流体的研究,它被用于设计各种液压设备,例如压力机、电梯、汽车制动器等。

理解帕斯卡原理的基本概念

压力

压力 是每单位面积所施加的力的比率。 它的计量单位有帕斯卡、巴、大气压、千克每平方厘米、psi(磅每平方英寸)等。 [1]

压力

压力 与应用的表面或面积成反比: 面积越大,压力越小,面积越小,压力越大。 例如,在图 2 中,10 N 的力施加在尖端面积非常小的指甲上,而同样 10 N 的力施加在尖端面积大于指甲尖端面积的凿子上。 由于钉子的尖端很小,所有的力都施加在它的尖端上,对其施加了很大的压力,而在凿子中,较大的区域使力分布得更多,产生的压力更小。

压力与面积成反比

这种效果也可以在沙子或雪中观察到。 如果一个女人穿运动鞋或非常小的鞋跟鞋,搭配非常细的鞋跟鞋,它往往会下沉得更深,因为它的所有重量都集中在一个非常小的区域(鞋跟)。

静水压力

它是由静止的流体施加在包含流体的容器的每个壁上的压力。 这是因为液体具有容器的形状并且处于静止状态,因此会发生均匀的力作用在每个壁上。

液体

物质可以是固态、液态、气态或等离子态。 固态物质具有一定的形状和体积。 液体有一定的体积,但没有一定的形状,采用容纳它们的容器的形状,而气体没有一定的体积,也没有一定的形状。

液体和气体被认为是“流体”,因为在这些液体和气体中,分子通过弱内聚力保持在一起,当它们受到切向力时,它们倾向于流动,在包含它们的容器中移动。 流体是不断运动的系统。

固体传递施加在其上的力,而在液体和气体中则传递压力。

帕斯卡原理

法国物理学家和数学家布莱斯·帕斯卡在概率论、数学和自然历史方面做出了各种贡献。 最著名的是以他的名字命名的关于流体行为的原理。 [2]

帕斯卡原理声明

帕斯卡原理 指出施加在封闭且不可压缩的流体中任何地方的压力在整个流体的所有方向上均等地传递,即整个流体的压力是恒定的。 [3]。

帕斯卡原理的一个例子可以在图 3 中看到。 在容器中打孔并用软木塞盖住,然后装满水(流体)并盖上盖子。 当一个力施加到容器的盖子上时,水中的压力在各个方向上都是相等的,使得孔中的所有软木塞都出来了。

帕斯卡原理

他最著名的实验之一是帕斯卡的注射器。 注射器充满液体并连接到一些管子上,当压力施加在注射器的柱塞上时,液体在每个管子中上升到相同的高度。 因此发现静止液体的压力增加在整个体积和所有方向上均匀传递。 [4]。

帕斯卡原理的应用

的应用 帕斯卡原理 它们可以在日常生活中的许多液压设备中看到,例如液压机、起重机、制动器和千斤顶。

液压机

液压机 它是一种可以放大力量的装置。 其工作原理基于帕斯卡原理,可用于压力机、升降机、制动器和各种液压设备。

它由两个不同面积的圆柱体组成,其中装有油(或其他液体)并相互连通。 两个柱塞或活塞也放置在气缸中,以便它们与流体接触。 [5]。

液压机的示例如图 4 所示。 当一个力 F1 施加到面积 A1 较小的活塞上时,液体中就会产生压力,该压力会立即传递到气缸内。 在面积 A2 较大的活塞中,受到的力 F2 远大于施加的力,这取决于面积 A2 / A1 的关系。

液压机

练习 1. 要举起汽车,您需要建造一个液压千斤顶。 液压油缸活塞的直径必须有什么关系,以便通过施加 100 N 的力,它可以在较大的活塞上举起 2500 公斤的汽车? 见图 5。

帕斯卡练习

在液压千斤顶中,满足了帕斯卡原理,液压千斤顶内部的油压相同,但当活塞的面积不同时,力“成倍增加”。 要确定液压千斤顶活塞的面积比:

  • 给定要举起的汽车质量 2.500 公斤,使用牛顿第二定律确定汽车的重量。 [6]

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  • 应用帕斯卡原理,平衡活塞中的压力。
  • 柱塞的面积关系被清除,数值被替换。 见图 6。
练习1-解决方案

活塞面积的比率应为 24,52,例如,如果您有一个半径为 3 厘米的小活塞(面积 A1= 28,27 厘米2),大柱塞的半径应为 14,8 厘米(区域 A2= 693,18 厘米2).

液压电梯

液压升降机是一种用于提升重物的机械装置。 许多汽车修理厂使用液压升降机进行车下维修。

液压升降机的操作基于帕斯卡原理。 电梯通常使用油将压力传递到活塞。 电动机启动液压泵,该泵对面积最小的活塞施加压力。 在面积最大的活塞中,受力“成倍增加”,能够举起待修车辆。 见图 7。

液压电梯

练习 2. 求出最小活塞面积为 28 cm2,最大活塞面积为 1520 cm2 的液压升降机可提升的最大载荷,此时可施加的最大力为 500 N。见图 8。

练习 2- 液压机声明

解决方案:

由于帕斯卡原理在液压挺杆中得到满足,活塞上的压力将是相等的,因此知道可以施加在较小活塞上的最大力,可以计算出将施加在大活塞上的最大力(F2),如如图 9 所示。

最大力的计算

知道可以举起的最大重量 (F2),使用牛顿第二定律 [6] 确定质量,因此可以举起重达 2766,85 kg 的车辆。 见图10。根据图8中的表格,在车辆平均质量中,只有平均质量为2.500公斤的紧凑型汽车才能被举升机吊起。

练习 2 - 解决方案

液压制动器

车辆上使用制动器来减慢或完全停止它们。 通常,液压制动器具有如图所示的机构。 踩下制动踏板会施加一个力,该力会传递到小面积活塞。 施加的力在制动液内部产生压力。 [7]。

在液体中,压力向各个方向传递,直到第二个活塞,在那里力被放大。 活塞作用在盘或鼓上以制动车辆的轮胎。

液压制动器

结论

帕斯卡原理 指出,对于静止的不可压缩流体,整个流体的压力是恒定的。 施加在封闭流体中任何地方的压力在所有方向和方向上均等地传递。

其中的应用 帕斯卡原理 有许多液压设备,例如压力机、升降机、制动器和千斤顶,这些设备可以根据设备柱塞中的面积关系来放大力。

不要停止在我们的网站上查看 牛顿定律, 热力学原理中, 伯努利原理 其中非常有趣。

参考文献

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

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