Άρθρο για την αρχή του Πασκάλ
Πώς χρησιμοποιείται η αρχή λειτουργίας ενός υδραυλικού ανυψωτήρα για την ανύψωση ενός αυτοκινήτου; Ποια είναι η αρχή λειτουργίας των υδραυλικών φρένων όταν χρησιμοποιούνται για τη μείωση της ταχύτητας του αυτοκινήτου; Παρακαλώ μάθετε την Αρχή του Pascal για να την κατανοήσετε.
Κάθε υγρό ασκεί πάντα πίεση σε όλα τα αντικείμενα που έρχονται σε επαφή με αυτό. Το νερό που βάζουμε στο ποτήρι θα ασκήσει πίεση στο γυάλινο τοίχωμα. Ομοίως, αν κάνουμε μπάνιο σε πισίνα ή θαλασσινό νερό, το νερό της πισίνας ή το θαλασσινό νερό ασκεί επίσης πίεση σε ολόκληρο το σώμα μας.
Η συνολική πίεση του νερού σε ένα ορισμένο βάθος, για παράδειγμα, η πίεση του θαλασσινού νερού σε βάθος 200 μέτρων είναι το ποσό της ατμοσφαιρικής πίεσης και της μετρούμενης πίεσης σε βάθος 200 μέτρων. Έτσι, εκτός από την πίεση του νερού.
Υπάρχει επίσης η ατμόσφαιρα που καταστέλλει την επιφάνεια του θαλασσινού νερού.
Η ατμοσφαιρική πίεση ασκείται σε όλες τις επιφάνειες του ρευστού και κατανέμεται σε όλα τα μέρη του. Επομένως, η συνολική πίεση του ρευστού σε ένα ορισμένο βάθος, εκτός από την πίεση του στρώματος του ρευστού στην κορυφή, επηρεάζεται επίσης από την ατμοσφαιρική πίεση.
Για να κατανοήσουμε περαιτέρω αυτή την εξήγηση, ας εξετάσουμε το υγρό σε ένα δοχείο.
Η πίεση του υγρού στον πυθμένα του δοχείου είναι, φυσικά, υψηλότερη από την πίεση του υγρού στην κορυφή. Όσο πιο προς τα κάτω, τόσο υψηλότερη είναι η πίεση του υγρού, αντίθετα, όσο πιο κοντά στην άνω επιφάνεια του δοχείου, τόσο μικρότερη είναι η πίεση του υγρού.
Η ποσότητα πίεσης είναι ανάλογη με ρgh (ρ = πυκνότητα, g = επιτάχυνση βαρύτητας και h = ύψος ή βάθος). Σε κάθε σημείο στο ίδιο βάθος, η ποσότητα πίεσης είναι η ίδια. Αυτό ισχύει για όλα τα υγρά σε οποιοδήποτε δοχείο και δεν εξαρτάται από το σχήμα του δοχείου.
Αν προσθέσουμε εξωτερική πίεση, για παράδειγμα πιέζοντας την επιφάνεια του υγρού, η αύξηση της πίεσης στο υγρό είναι η ίδια παντού. Έτσι, αν δοθεί εξωτερική πίεση, κάθε μέρος του υγρού δέχεται την ίδια ποσότητα πίεσης. Επομένως, η πίεση είναι πάντα η ίδια σε κάθε σημείο στο ίδιο βάθος. Αυτή είναι η Αρχή του Πασκάλ, η οποία ξεκίνησε και ονομάστηκε έτσι από το όνομα του Μπλεζ Πασκάλ (1623-1662). Ο Πασκάλ είναι Γάλλος φιλόσοφος και επιστήμονας.
Η αρχή του Pascal ορίζει ότι η πίεση που ασκείται σε ένα υγρό σε κλειστό χώρο θα προωθηθεί σε κάθε μέρος του ρευστού και στα τοιχώματα του δοχείου.
Εφαρμογή της Αρχής του Πασκάλ
Με βάση την αρχή του Πασκάλ, οι άνθρωποι έχουν κατασκευάσει διάφορα εργαλεία, απλά και εξελιγμένα, για να κάνουν τη ζωή ευκολότερη. Μερικά από αυτά είναι οι υδραυλικοί ανελκυστήρες, τα υδραυλικά φρένα κ.λπ.
Υδραυλικός ανελκυστήρας
Ο υδραυλικός ανυψωτήρας αποτελείται από ένα δοχείο που έχει δύο επιφάνειες. Και στις δύο επιφάνειες υπάρχει ένα έμβολο, όπου η επιφάνεια του εμβόλου στα αριστερά είναι μικρότερη από την επιφάνεια του εμβόλου στα δεξιά. Η επιφάνεια του εμβόλου προσαρμόζεται στην επιφάνεια του δοχείου. Τα δοχεία γεμίζουν με υγρά, όπως λιπαντικά.
Εάν το έμβολο με μικρή επιφάνεια πιεστεί προς τα κάτω, κάθε μέρος του υγρού επίσης
Πιεσμένο προς τα κάτω. Η πίεση που ασκείται από ένα έμβολο με μικρή επιφάνεια μεταφέρεται σε όλα τα μέρη του υγρού. Ως αποτέλεσμα, το υγρό πιέζει το έμβολο με μεγαλύτερη επιφάνεια μέχρι το έμβολο να ωθηθεί προς τα πάνω. Η επιφάνεια του πιεσμένου εμβόλου είναι μικρή, επομένως η δύναμη που απαιτείται για την καταστολή του υγρού είναι επίσης μικρή. Αλλά επειδή η πίεση συνεχίζεται σε όλα τα μέρη του υγρού, η μικρή δύναμη αλλάζει όταν το υγρό πιέζει το έμβολο στα δεξιά με μεγάλη επιφάνεια. Σπάνια οι άνθρωποι ασκούν δύναμη εισόδου σε ένα έμβολο με μεγάλη επιφάνεια επειδή δεν είναι κερδοφόρο; Στην κορυφή του εμβόλου που έχει μεγάλη επιφάνεια τοποθετούνται συνήθως αντικείμενα ή πράγματα που θέλουν να ανυψωθούν (για παράδειγμα, ένα αυτοκίνητο).
Μην εκπλαγείτε αν ένα αυτοκίνητο με τεράστια μάζα ανυψωθεί εύκολα απλώς πατώντας ένα από τα έμβολα. Η επιφάνεια του εμβόλου είναι τόσο μικρή που η δύναμη που ασκούμε είναι επίσης μικρή. Ωστόσο, η μικρή δύναμη εισόδου μπορεί να μετατραπεί σε τεράστια δύναμη εξόδου εάν η επιφάνεια εξόδου είναι μεγάλη.
Παράδειγμα προβλήματος 1:
Γνωστό:
A1 = 100 cm2
A2 = 250 cm2
F1 = 200 Ν
Ζητούνται: F 2
Λύση:
Παράδειγμα προβλήματος 2:
Γνωστό:
A1 = 100 cm2 = 100 x 10-4 m2 = 0.01 m2
A2 = 250 cm2 = 250 x 10-4 m2 = 0.025 m2
Μάζα φορτίου = 200 kg
Πυκνότητα λαδιού (ρ) = 780 kg/ m3
Ύψος στήλης λαδιού (h) = 2 m
Επιτάχυνση της βαρύτητας (g) = 10 m/ s²
Ζητούνται:
Ποια είναι η ελάχιστη δύναμη εισόδου (F) ώστε το φορτίο να βρίσκεται σε ισορροπημένη κατάσταση (το φορτίο δεν κινείται);
Λύση:
