Grein um Pascal-regluna
Hvernig virkar vökvalyfta sem notuð er til að lyfta bíl? Hver er virkni vökvabremsa þegar þær eru notaðar til að draga úr hraða bílsins? Vinsamlegast lærðu Pascal-regluna til að skilja þetta.
Sérhver vökvi þrýstir alltaf á alla hluti sem eru í snertingu við hann. Vatnið sem við setjum í glasið mun þrýsta á glervegginn. Á sama hátt, ef við böðum okkur í sundlaug eða sjó, þá þrýstir sundlaugarvatnið eða sjórinn einnig á allan líkama okkar.
Heildarþrýstingur vatns á ákveðnu dýpi, til dæmis sjávarþrýstingur á 200 metra dýpi, er jafnt andrúmsloftsþrýstingur og mældur þrýstingur á 200 metra dýpi. Svo, auk vatnsþrýstingsins.
Þar er líka andrúmsloftið sem bælir yfirborð sjávarins niður.
Loftþrýstingur verkar á öll yfirborð vökvans og dreifist til allra hluta vökvans. Þess vegna hefur loftþrýstingur einnig áhrif á heildarþrýsting vökvans á ákveðnu dýpi, auk þrýstings efsta lagsins.
Til að skilja þessa útskýringu betur, skulum við skoða vökvann í íláti.
Vökvaþrýstingurinn neðst í ílátinu er auðvitað hærri en þrýstingurinn efst. Því lengra niður á við, því hærri er þrýstingurinn á vökvanum, og þvert á móti, því nær sem hann er efri yfirborði ílátsins, því minni er þrýstingurinn.
Þrýstingurinn er í réttu hlutfalli við ρ gh (ρ = eðlisþyngd, g = þyngdarhröðun og h = hæð eða dýpt). Á hverjum punkti á sama dýpi er þrýstingurinn sá sami. Þetta á við um alla vökva í hvaða íláti sem er og er óháð lögun ílátsins.
Ef við bætum við utanaðkomandi þrýstingi, til dæmis með því að þrýsta á yfirborð vökvans, þá er aukningin á þrýstingi í vökvanum sú sama alls staðar. Þannig að ef utanaðkomandi þrýstingur er gefinn, þá fær hver hluti vökvans sama þrýsting. Þess vegna er þrýstingurinn alltaf sá sami á hverjum stað á sama dýpi. Þetta er meginregla Pascals, sem var upphafsmaður og nefnd eftir Blaise Pascal (1623-1662). Pascal var franskur heimspekingur og vísindamaður.
Meginregla Pascals segir að þrýstingur sem beitt er á vökva í lokuðu rými beinist áfram til allra hluta vökvans og veggja ílátsins.
Beiting meginreglu Pascals
Byggt á meginreglu Pascals hafa menn framleitt ýmis verkfæri, bæði einföld og háþróuð, til að auðvelda lífið. Meðal þeirra eru vökvalyftur, vökvabremsur o.s.frv.
Vökvalyfta
Vökvalyftan samanstendur af íláti með tveimur yfirborðum. Á báðum yfirborðum er stimpill, þar sem yfirborðsflatarmál stimpilsins vinstra megin er minna en yfirborðsflatarmál stimpilsins hægra megin. Flatarmál stimpilsins er aðlagað að yfirborðsflatarmáli ílátsins. Ílátin eru fyllt með vökva, svo sem smurefnum.
Ef stimplinum með litlu yfirborðsflatarmáli er þrýst niður, þá mun hver hluti vökvans einnig
Þrýst niður. Þrýstingurinn sem myndast af stimpli með litlu yfirborði berst til allra hluta vökvans. Þar af leiðandi þrýstir vökvinn á stimplinn með stærra yfirborðsflatarmáli þar til hann er ýttur upp. Yfirborðsflatarmál stimplsins sem þrýst er á er lítið þannig að krafturinn sem þarf til að bæla niður vökvann er einnig lítill. En vegna þess að þrýstingurinn heldur áfram á alla hluta vökvans breytist litli krafturinn þegar vökvinn þrýstir á stimplinn hægra megin með stóru yfirborðsflatarmáli. Sjaldgæft er að fólk beiti inntakskrafti á stimpla með stóru yfirborðsflatarmáli vegna þess að það er ekki arðbært? Efst á stimplinum sem hefur stórt yfirborðsflatarmál eru venjulega settir hlutir eða hlutir sem á að lyfta (til dæmis bíll).
Ekki láta það koma þér á óvart ef bíll með gríðarlegan massa er auðveldlega lyftur upp með því að þrýsta bara á einn af stimplunum. Yfirborðsflatarmál stimplsins er svo lítið að krafturinn sem við veitum er líka lítill. Hins vegar getur lítill inntakskraftur breyst í gríðarlegan úttakskraft ef úttaksyfirborðsflatarmálið er stórt.
Dæmi um vandamál 1:
Þekkt:
A1 = 100 cm2
A2 = 250 cm2
F1 = 200 N
Óskað eftir: F2
Lausn:
Dæmi um vandamál 2:
Þekkt:
A1 = 100 cm2 = 100 x 10-4 m2 = 0.01 m2
A2 = 250 cm2 = 250 x 10-4 m2 = 0.025 m2
Massi farms = 200 kg
Þéttleiki olíu (ρ) = 780 kg/m²3
Hæð olíusúlu (h) = 2 m
Þyngdarhröðun (g) = 10 m/s2
Óskað eftir:
Hvert er lágmarkið inntak kraftur (F) þannig að byrðin sé í jafnvægi (byrðin hreyfist ekki)?
Lausn:
