Článek o Pascalově principu
Jaký je princip fungování hydraulického zvedáku, který se používá ke zvedání automobilu? Jaký je princip fungování hydraulických brzd, když se používají ke snížení rychlosti automobilu? Abyste tomu porozuměli, naučte se prosím Pascalův zákon.
Každá tekutina neustále vyvíjí tlak na všechny předměty, které jsou s ní v kontaktu. Voda, kterou nalijeme do sklenice, bude vyvíjet tlak na skleněnou stěnu. Stejně tak, pokud se koupeme v bazénu nebo v mořské vodě, voda v bazénu nebo mořská voda vyvíjí tlak také na celé naše tělo.
Celkový tlak vody v určité hloubce, například tlak mořské vody v hloubce 200 metrů, je součtem atmosférického tlaku a naměřeného tlaku v hloubce 200 metrů. Takže kromě tlaku vody.
Existuje také atmosféra, která potlačuje hladinu mořské vody.
Atmosférický tlak působí na všechny povrchy tekutiny a je rozložen do všech částí tekutiny. Celkový tlak tekutiny v určité hloubce je tedy kromě tlaku vrstvy tekutiny nahoře ovlivněn také atmosférickým tlakem.
Abychom tomuto vysvětlení lépe porozuměli, podívejme se na kapalinu v nádobě.
Tlak kapaliny na dně nádoby je samozřejmě vyšší než tlak kapaliny nahoře. Čím více dolů, tím vyšší je tlak kapaliny, naopak čím blíže k hornímu povrchu nádoby, tím menší je tlak kapaliny.
Velikost tlaku je úměrná ρ gh (ρ = hustota, g = gravitační zrychlení a h = výška nebo hloubka). V každém bodě ve stejné hloubce je velikost tlaku stejná. To platí pro všechny kapaliny v jakékoli nádobě a nezávisí na tvaru nádoby.
Pokud přidáme vnější tlak, například tlakem na povrch kapaliny, zvýšení tlaku v kapalině je všude stejné. Pokud je tedy dán vnější tlak, každá část kapaliny je vystavena stejnému tlaku. Tlak je tedy vždy stejný v každém bodě ve stejné hloubce. Toto je Pascalův princip, iniciovaný a pojmenovaný podle jména Blaise Pascala (1623-1662). Pascal byl francouzský filozof a vědec.
Pascalův princip říká, že tlak působící na kapalinu v uzavřeném prostoru se přenese na každou část kapaliny a stěny nádoby.
Aplikace Pascalova principu
Na základě Pascalova principu lidé vyvinuli několik nástrojů, jednoduchých i sofistikovaných, které usnadňují život. Mezi ně patří hydraulické zvedáky, hydraulické brzdy atd.
Hydraulické zvedání
Hydraulický výtah se skládá z nádoby, která má dva povrchy. Na obou površích je píst, přičemž plocha pístu vlevo je menší než plocha pístu vpravo. Plocha pístu je přizpůsobena ploše povrchu nádoby. Nádoby jsou naplněny kapalinami, například mazivy.
Pokud je píst s malou plochou stlačen dolů, každá část kapaliny také
Stlačeno dolů. Tlak vyvíjený pístem s malým povrchem se přenáší na všechny části kapaliny. V důsledku toho kapalina tlačí na píst s větším povrchem, dokud není píst tlačen nahoru. Povrch stlačeného pístu je malý, takže síla potřebná k potlačení kapaliny je také malá. Protože však tlak působí na všechny části kapaliny, malá síla se změní, když kapalina tlačí na píst vpravo s velkým povrchem. Zřídka se stává, že lidé vyvíjejí vstupní sílu na píst s velkým povrchem, protože to není výhodné? Na horní část pístu s velkým povrchem se obvykle umisťují předměty nebo věci, které mají být zvednuty (například auto).
Nebuďte překvapeni, pokud se auto s obrovskou hmotností snadno zvedne pouhým stlačením jednoho z pístů. Plocha pístu je tak malá, že i síla, kterou vyvíjíme, je malá. Malá vstupní síla se však může změnit na obrovskou výstupní sílu, pokud je výstupní plocha velká.
Příklad úlohy 1:
Známý:
A² = 100 cm²
A² = 250 cm²
F1 = 200 N
Hledá se : F2
Řešení:
Příklad úlohy 2:
Známý:
A² = 100 cm² = 100 x 10⁻⁴ m² = 0.01 m²
A² = 250 cm² = 250 x 10⁻⁴ m² = 0.025 m²
Hmotnost nákladu = 200 kg
Hustota oleje (ρ) = 780 kg/ m³
Výška olejového sloupce (h) = 2 m
Gravitační zrychlení (g) = 10 m/ s²
Hledá se:
Jaká je minimální vstupní síla (F), aby se zatížení nacházelo v rovnovážném stavu (zátěž se nepohybuje)?
Řešení:
