مقال عن مبدأ باسكال
كيف يعمل نظام الرفع الهيدروليكي لرفع السيارة؟ وما هو مبدأ عمل المكابح الهيدروليكية لتقليل سرعة السيارة؟ يُرجى الاطلاع على مبدأ باسكال لفهم ذلك.
كل سائل يمارس ضغطاً على جميع الأجسام الملامسة له. فالماء الذي نضعه في الكأس يمارس ضغطاً على جدار الكأس. وبالمثل، إذا استحممنا في حوض سباحة أو ماء البحر، فإن ماء المسبح أو ماء البحر يمارس ضغطاً على كامل أجسامنا.
الضغط الكلي للماء عند عمق معين، على سبيل المثال، ضغط مياه البحر عند عمق 200 متر هو مجموع الضغط الجوي والضغط المقاس عند هذا العمق. لذا، بالإضافة إلى ضغط الماء.
وهناك أيضاً الغلاف الجوي الذي يكبح سطح مياه البحر.
يؤثر الضغط الجوي على جميع أسطح السوائل، ويتوزع هذا الضغط على جميع أجزاء السائل. لذلك، فإن الضغط الكلي للسائل عند عمق معين، بالإضافة إلى الضغط الناتج عن طبقة السائل في الأعلى، يتأثر أيضاً بالضغط الجوي.
لفهم هذا الشرح بشكل أفضل، دعونا نراجع السائل الموجود في وعاء.
بطبيعة الحال، يكون ضغط السائل في قاع الوعاء أعلى من ضغطه في أعلاه. فكلما اتجهنا نحو الأسفل، ازداد ضغط السائل، وعلى العكس، كلما اقتربنا من سطح الوعاء العلوي، انخفض ضغط السائل.
يتناسب مقدار الضغط طرديًا مع الكثافة (ρ) وتسارع الجاذبية الأرضية (g)، حيث h هو الارتفاع أو العمق. عند كل نقطة على نفس العمق، يكون مقدار الضغط متساويًا. ينطبق هذا على جميع السوائل في أي وعاء، ولا يعتمد على شكل الوعاء.
إذا أضفنا ضغطًا خارجيًا، مثلاً بالضغط على سطح السائل، فإن الزيادة في الضغط داخل السائل تكون متساوية في كل مكان. لذا، عند تطبيق ضغط خارجي، يتعرض كل جزء من السائل لنفس مقدار الضغط. وبالتالي، يكون الضغط دائمًا متساويًا عند كل نقطة على نفس العمق. هذا هو مبدأ باسكال، الذي ابتكره وسماه نسبةً إلى بليز باسكال (1623-1662)، الفيلسوف والعالم الفرنسي.
ينص مبدأ باسكال على أن الضغط المطبق على سائل في مكان مغلق سينتقل إلى كل جزء من السائل وجدران الحاوية.
تطبيق مبدأ باسكال
استنادًا إلى مبدأ باسكال، ابتكر البشر العديد من الأدوات، البسيطة منها والمتطورة، لتسهيل الحياة. ومنها الرافعات الهيدروليكية، والفرامل الهيدروليكية، وغيرها.
رفع هيدروليكي
يتكون الرافعة الهيدروليكية من وعاء ذي سطحين. يوجد على كلا السطحين مكبس، حيث تكون مساحة سطح المكبس على اليسار أصغر من مساحة سطح المكبس على اليمين. يتم ضبط مساحة سطح المكبس لتتناسب مع مساحة سطح الوعاء. تُملأ الأوعية بسوائل، مثل مواد التشحيم.
إذا تم الضغط على المكبس ذي مساحة السطح الصغيرة، فإن كل جزء من السائل أيضًا
عند الضغط لأسفل، ينتقل مقدار الضغط الناتج عن مكبس ذي سطح صغير إلى جميع أجزاء السائل. ونتيجة لذلك، يضغط السائل على المكبس ذي السطح الأكبر حتى يرتفع المكبس. ولأن مساحة سطح المكبس المضغوط صغيرة، فإن القوة اللازمة لكبح السائل تكون صغيرة أيضًا. ولكن نظرًا لاستمرار الضغط على جميع أجزاء السائل، تتغير هذه القوة الصغيرة عندما يضغط السائل على المكبس ذي السطح الأكبر. نادرًا ما يُطبَّق ضغط كبير على مكبس ذي سطح كبير لأنه غير مُجدٍ اقتصاديًا. عادةً ما توضع الأشياء المراد رفعها (مثل سيارة) في الجزء العلوي من المكبس ذي السطح الأكبر.
لا تستغرب إذا رُفعت سيارة ذات كتلة ضخمة بسهولة بمجرد الضغط على أحد مكابسها. فمساحة سطح المكبس صغيرة جدًا، وبالتالي تكون القوة المؤثرة عليه صغيرة أيضًا. مع ذلك، يمكن لهذه القوة الصغيرة أن تتحول إلى قوة هائلة إذا كانت مساحة سطح المكبس كبيرة.
مثال على المسألة 1:
معروف :
A 1 = 100 سم 2
A 2 = 250 سم 2
F 1 = 200 نيوتن
مطلوب: F 2
الحل:
مثال على المسألة 2:
معروف :
A 1 = 100 سم 2 = 100 × 10⁻⁴ م 2 = 0.01 م 2
A 2 = 250 سم 2 = 250 × 10⁻⁴ م 2 = 0.025 م 2
كتلة الحمل = 200 كجم
كثافة الزيت (ρ) = 780 كجم/ م³
ارتفاع عمود الزيت (h) = 2 متر
تسارع الجاذبية الأرضية (g) = 10 م/ ث²
مطلوب:
ما هي أقل قوة إدخال (F) بحيث يكون الحمل في حالة توازن (الحمل لا يتحرك)؟
الحل:
