Razumijevanje Pascalovog zakona
Kako funkcioniše hidraulična dizalica/podizalica kada se koristi za podizanje automobila? Kako funkcionišu hidraulične kočnice kada se koriste za usporavanje automobila?
Kao što smo naučili u temi Pritisak fluida , svaki fluid vrši pritisak na sve predmete s kojima dođe u kontakt. Voda koju sipamo u čašu vrši pritisak na zidove čaše. Slično tome, kada se kupamo u bazenu ili morskoj vodi, voda vrši pritisak na cijelo naše tijelo.
Ukupni pritisak vode na datoj dubini, na primjer, pritisak morske vode na dubini od 200 metara, je zbir atmosferskog pritiska koji se vrši na površinu mora i izmjerenog pritiska na dubini od 200 metara. Dakle, pored gornjeg sloja vode koji vrši pritisak na vodu ispod njega, postoji i atmosfera, ili vazduh, koji vrši pritisak na površinu mora.
Pritisak koji vrši sloj fluida iznad može se opisati kao unutrašnji pritisak jer potiče iz fluida, dok se atmosferski pritisak može opisati kao vanjski pritisak jer je atmosfera odvojena od fluida. Atmosferski pritisak djeluje na cijelu površinu fluida i prenosi se kroz fluid. Stoga, na ukupni pritisak fluida na datoj dubini utiče ne samo pritisak sloja fluida iznad, već i atmosferski pritisak.
Da bismo bolje razumjeli ovo objašnjenje, pogledajmo tekućinu u posudi.
Pritisak tečnosti na dnu posude je prirodno veći od pritiska tečnosti iznad nje. Što se niže spuštate, to je pritisak tečnosti veći; obrnuto, što se više približavate vrhu posude, to je pritisak tečnosti niži.
Veličina pritiska je proporcionalna ρ gh (ρ = gustoća, g = ubrzanje usljed gravitacije i h = visina ili dubina). U svakoj tački na istoj dubini, veličina pritiska je ista. Ovo se odnosi na sve tečnosti u bilo kojoj posudi i ne zavisi od oblika posude.
Ako primijenimo vanjski pritisak, na primjer pritiskom na površinu tečnosti, povećanje pritiska unutar tečnosti je svugdje isto. Stoga, kada se primijeni vanjski pritisak, svaki dio tečnosti prima isti udio pritiska. Stoga je pritisak uvijek isti u svakoj tački na istoj dubini. Ovo je Pascalov princip, predložen i nazvan po svom osnivaču, Blaiseu Pascalu (1623–1662). Pascal je bio francuski filozof i naučnik.
Pascalov princip kaže da će se pritisak primijenjen na fluid u zatvorenoj posudi podjednako prenositi na svaki dio fluida i zidove posude.
Matematički se to može napisati na sljedeći način:
Informacije:
p = Pritisak, F = Sila, A = Površina
Riječ "in" predstavlja pritisak koji se primjenjuje, dok riječ "out" predstavlja pritisak koji se prenosi dalje.
Primjena Pascalovog principa
Vođeni Pascalovim principom, ljudi su razvili nekoliko alata, i jednostavnih i sofisticiranih, kako bi olakšali život. Neki od njih uključuju hidraulične dizalice, hidraulične liftove, hidraulične kočnice i još mnogo toga.
Hidraulična dizalica ili lift
Kako hidraulična dizalica ili lift funkcioniše prikazano je na slici.
Hidraulična dizalica se sastoji od posude s dvije površine. Na obje površine se nalazi klip, pri čemu je površina klipa s lijeve strane manja od površine klipa s desne strane. Površina klipa je prilagođena površini posude. Posuda je napunjena tekućinom, kao što je mazivo.
Ako se klip, koji ima malu površinu, pritisne prema dolje, tada s njim ide i svaki dio tekućine.
pritisnut. Količina pritiska koju vrši klip s malom površinom (lijeva slika) prenosi se na sve dijelove tekućine. Kao rezultat toga, tekućina pritiska klip s većom površinom (desna slika) sve dok se klip ne potisne prema gore. Površina klipa koji se pritišće je mala, pa je i sila potrebna za pritiskanje tekućine također mala. Ali budući da se pritisak (pritisak = sila / jedinica površine) prenosi kroz cijelu tekućinu, mala sila se pretvara u vrlo veliku silu kada tekućina pritisne klip s desne strane s velikom površinom. Rijetko se događa da ljudi primjenjuju ulaznu silu na klip s velikom površinom, jer to nije isplativo. Na vrhu klipa s velikom površinom obično se postavlja predmet ili dio predmeta koji se podiže (na primjer, automobil).
Nemojte se iznenaditi ako se automobil sa vrlo velikom masom može lako podići jednostavnim pritiskom na jedan od klipova. Površina klipa je vrlo mala, tako da je i sila koju primjenjujemo mala. Međutim, ova mala ulazna sila može se transformirati u vrlo veliku izlaznu silu ako je izlazna površina vrlo velika.
Ako je hidraulična dizalica dizajnirana za podizanje vrlo teškog automobila, dizajner mora uzeti u obzir gravitaciju automobila i izlaznu silu dizalice. Što je veća težina automobila koji se podiže, to je veća izlazna površina dizalice. Minimalno, izlazna sila koju generira hidraulična dizalica treba biti veća ili jednaka težini predmeta koji se podiže.
Primjer pitanja 1:
A² = 100 cm²
A² = 250 cm²
F1 = 200 N
Pitanje: F 2
Diskusija
Primjer pitanja 2:
Poznato je da:
A 1 = 100 cm² = 100 x 10⁻⁴ m² = 0,01 m²
A² = 250 cm² = 250 x 10⁻⁴ m² = 0,025 m²
Masa tereta = 200 kg
Gustoća ulja (ρ) = 780 kg/ m³
Visina uljnog stuba (h) = 2 metra
Ubrzanje usljed gravitacije (g) = 10 m/ s²
Postavljeno je pitanje: Kolika je minimalna ulazna sila (F) da bi teret bio u ravnoteži (teret se ne pomiče)?
Odgovor:
