Artikkeli Pascalin periaatteesta
Miten hydraulisen nostimen toimintaperiaatetta käytetään auton nostamiseen? Mikä on hydraulisten jarrujen toimintaperiaate, kun niitä käytetään auton nopeuden vähentämiseen? Opettele Pascalin periaate ymmärtääksesi tämän.
Jokainen neste kohdistaa aina painetta kaikkiin sen kanssa kosketuksissa oleviin esineisiin. Lasiin laittamamme vesi kohdistaa painetta lasin seinämään. Samoin jos kylpemme uima-altaassa tai merivedessä, allasvesi tai merivesi kohdistaa painetta koko kehoomme.
Kokonaisvedenpaine tietyllä syvyydellä, esimerkiksi meriveden paine 200 metrin syvyydessä, on ilmakehän paineen ja mitatun paineen summa 200 metrin syvyydessä. Joten vedenpaineen lisäksi.
On myös ilmakehä, joka tukahduttaa meriveden pinnan.
Ilmanpaine vaikuttaa kaikkiin nesteen pintoihin ja paine jakautuu nesteen kaikkiin osiin. Siksi nesteen kokonaispaine tietyllä syvyydellä riippuu yläpuolisen nestekerroksen paineesta, joka johtuu myös ilmanpaineesta.
Ymmärtääksemme tätä selitystä paremmin, tarkastellaanpa säiliössä olevaa nestettä.
Nesteen paine säiliön pohjalla on luonnollisesti korkeampi kuin nesteen paine säiliön yläpuolella. Mitä alaspäin, sitä korkeampi nesteen paine on, ja päinvastoin, mitä lähempänä säiliön yläpintaa, sitä pienempi nesteen paine on.
Paineen määrä on verrannollinen ρ gh:hen (ρ = tiheys, g = painovoiman kiihtyvyys ja h = korkeus tai syvyys). Jokaisessa samalla syvyydellä olevassa pisteessä paineen määrä on sama. Tämä pätee kaikkiin nesteisiin missä tahansa astiassa eikä riipu astian muodosta.
Jos lisäämme ulkoista painetta esimerkiksi painamalla nesteen pintaa, nesteen paineen nousu on sama kaikkialla. Jos siis annetaan ulkoinen paine, jokainen nesteen osa saa saman paineen. Näin ollen paine on aina sama jokaisessa pisteessä samalla syvyydellä. Tämä on Pascalin periaate, joka on saanut alkunsa ja nimensä Blaise Pascalin (1623-1662) mukaan. Pascal oli ranskalainen filosofi ja tiedemies.
Pascalin periaatteen mukaan suljetussa tilassa nesteeseen kohdistettu paine siirtyy edelleen nesteen kaikkiin osiin ja astian seinämiin.
Pascalin periaatteen soveltaminen
Pascalin periaatteen mukaisesti ihmiset ovat kehittäneet useita työkaluja, sekä yksinkertaisia että monimutkaisempia, helpottaakseen elämää. Joitakin niistä ovat hydrauliset nostimet, hydrauliset jarrut jne.
Hydraulinen hissi
Hydraulinen nostin koostuu säiliöstä, jossa on kaksi pintaa. Molemmilla pinnoilla on mäntä, jossa vasemmanpuoleisen männän pinta-ala on pienempi kuin oikeanpuoleisen männän pinta-ala. Männän pinta-ala on sovitettu säiliön pinta-alan mukaan. Säiliöt täytetään nesteillä, kuten voiteluaineilla.
Jos pienen pinta-alan omaavaa mäntää painetaan alas, myös jokainen osa nesteestä
Painetaan alas. Pienen pinta-alan omaavan männän tuottama paine siirtyy kaikkiin nesteen osiin. Tämän seurauksena neste puristaa suuremmalla pinta-alalla olevaa mäntää, kunnes mäntä työntyy ylöspäin. Painetun männän pinta-ala on pieni, joten nesteen painamiseen tarvittava voima on myös pieni. Mutta koska paine jatkuu nesteen kaikissa osissa, pieni voima muuttuu, kun neste puristaa suurella pinta-alalla olevaa mäntää oikealta. Harvoin ihmiset kohdistavat syöttövoimaa suurella pinta-alalla olevaan mäntään, koska se ei ole kannattavaa? Suuripintaisen männän yläosaan sijoitetaan yleensä esineitä tai asioita, jotka halutaan nostaa (esimerkiksi auto).
Älä ylläty, jos valtavan massainen auto nousee helposti ilmaan pelkästään yhtä mäntää painamalla. Männän pinta-ala on niin pieni, että myös antamamme voima on pieni. Pieni syöttövoima voi kuitenkin muuttua valtavaksi lähtövoimaksi, jos lähtöpinta-ala on suuri.
Esimerkkitehtävä 1:
Tunnettu:
A1 = 100 cm2
A2 = 250 cm2
F1 = 200 N.
Etsitään: F2
ratkaisu:
Esimerkkitehtävä 2:
Tunnettu:
A1 = 100 cm2 = 100 x 10-4 m2 = 0.01 XNUMX XNUMX m2
A2 = 250 cm2 = 250 x 10-4 m2 = 0.025 XNUMX XNUMX m2
Kuorman massa = 200 kg
Öljyn tiheys (ρ) = 780 kg/m³3
Öljypatsaan korkeus (h) = 2 m
Painovoiman kiihtyvyys (g) = 10 m/s2
Etsitään:
Mikä on vähimmäisvaatimus panos voima (F) niin, että kuorma on tasapainossa (kuorma ei liiku)?
ratkaisu:
