עקרון פסקל - בעיות ופתרונות
1. ידוע:
שטח A1 = 10 סמ"ר
שטח A2 = 100 סמ"ר
כוח 2 (F2 ) = 100 ניוטון
מבוקש: כוח 1 (F 1 )
פתרון:
P = F / A
P = לחץ , F = כוח , A = שטח
P1 =F1 / א1
P2 =F2 / א2
P1 = P2
F1 / א1 =F2 / א2
F1 / 10 סמ"ר = 100 ניוטון / 100 סמ"ר
F 1 / 10 = 1 ניוטון
F1 = (10)(1 N )
F1 = 10 ניוטון
2. אם שטח A1 = 0.001 מ"ר ושטח A2 = 0.1 מ"ר , כוח קלט חיצוני F1 = 100 ניוטון, אז כוח הפלט החיצוני F2?
ידוע:
שטח A1 = 0.001 מ"ר
שטח A2 = 0.1 מ"ר
כוח קלט חיצוני F1 = 100 ניוטון
מבוקש : כוח יציאה חיצוני ( F2 )
פתרון:
P1 = P2
F1 / א1 =F2 / א2
100 ניוטון / 0.001 מ"ר = פרנהייט / 0.1 מ"ר
100 ניוטון / 0.001 = F2 / 0.1
100,000 N = F2 / 0.1
F2 = (0.1)(100,000 ניוטון )
F2 = 10,000 ניוטון
3. משקל המכונית = 16,000 ניוטון. מהו כוח הקלט החיצוני F…
ידוע:
משקל המכונית (משקל) = 16,000 ניוטון
שטח של B (A B ) = 4000 סמ"ר = 4000 / 10,000 מ"ר = 4 / 10 מ"ר = 0.4 מ"ר
שטח של A (A A ) = 50 סמ"ר = 50 / 10,000 מ"ר = 0.005 מ"ר
מבוקש: כוח F
פתרון:
F / A A = w / A B
F / 0.005 מ"ר = 16,000 ניוטון / 0.4 מ"ר
F / 0.005 = 16,000 ניוטון / 0.4
F / 0.005 = 40,000 ניוטון
F = (40,000 ניוטון)(0.005)
F = 200 ניוטון
4.
שטחו של A הוא 60 סמ"ר ושטחו של B הוא 4,200 סמ"ר , קבעו את כוח הקלט החיצוני של F.
ידוע:
שטח של A (A A ) = 60 סמ"ר
שטח של B (A B ) = 4200 סמ"ר
משקל w (w) = 3500 ניוטון
מבוקש: F 1
פתרון:
כוח F מחושב באמצעות משוואת עקרון פסקל :
F1 / A1 = F2 / A2
F1 / 60 סמ"ר = 3500 ניוטון / 4200 סמ"ר
F 1 / 60 = 35 N / 42
F1 = (60)(35 ) / 42
F1 = 2100 / 42
F1 = 50 ניוטון
5. למעלית ההידראולית יש חתך גדול וחתך קטן. שטח החתך הגדול גדול פי 20 משטח החתך הקטן. אם על החתך הקטן ניתן כוח קלט של 25 ניוטון, אזי קבע את כוח הפלט.
ידוע:
שטח חתך קטן ( A1 ) = A
שטח חתך גדול (A² ) = 20A
כוח קלט (F1 ) = 25 ניוטון
מבוקש: כוח יציאה ( F2 )
פתרון:
- מהו עקרון פסקל?
- תשובהעקרון פסקל קובע שכל שינוי בלחץ המופעל בכל נקודה בנוזל מועבר ללא פחת בכל הנוזל לכל הכיוונים.
- כיצד פועלת מעלית הידראולית לפי עקרון פסקל?
- תשובהבמנגנון הרמה הידראולי, כוח קטן המופעל על בוכנה בעלת שטח קטן יוצר לחץ המועבר ללא פחת לבוכנה בעלת שטח גדול יותר. כתוצאה מכך מופעל כוח גדול יותר על הבוכנה הגדולה יותר, מה שמאפשר לה להרים חפצים כבדים.
- מדוע שינוי הלחץ אינו פוחת בעקרון פסקל?
- תשובהמכיוון שנוזלים אינם ניתנים לדחיסה, כאשר מופעל לחץ על חלק אחד של הנוזל, הוא אינו יכול להתכווץ, ולכן הוא מעביר את שינוי הלחץ באופן אחיד לכל חלק אחר של הנוזל.
- כיצד משפיעה עלייה בעומק על לחץ הנוזל, בהתחשב בעיקרון פסקל?
- תשובהככל שעומק הנוזל עולה, גם הלחץ עולה עקב משקל הנוזל שמעליו. זה עולה בקנה אחד עם עקרון פסקל, שכן עליית הלחץ נחווית באופן אחיד בעומק מסוים.
- למה האוזניים שלנו קופצות כשאנחנו עולים או יורדים במהירות במטוס או צוללים עמוק מתחת למים?
- תשובהשינויים מהירים בגובה או בעומק מובילים לשינויים מהירים בלחץ בתווך שמסביב (אוויר או מים). האוזניים שלנו נוטות לפקוק כדרך להשוות את הלחץ הפנימי ללחץ החיצוני, בהתאם לעקרון פסקל.
- אם מזרק אטום ללא בועות אוויר נלחץ, מדוע קשה לדחוס את הנוזל שבתוכו?
- תשובהנוזלים כמעט בלתי דחיזים. כאשר מנסים להקטין את נפח הנוזל בתוך המזרק, הלחץ עולה, ומתנגד לדחיסה, על פי עקרון פסקל.
- כיצד מסביר עקרון פסקל את התופעה של סכר המתפוצץ אם נוצר חור קטן בבסיסו?
- תשובהעקב משקל המים, הלחץ בבסיס הסכר גבוה. אפילו פתח קטן מאפשר הפעלת לחץ גבוה זה על המבנים הסובבים אותו, מה שעלול להוביל לכישלון קטסטרופלי של הסכר.
- למה קל יותר להשפריץ נוזל מבקבוק לחיץ כמעט מלא מאשר מבקבוק כמעט ריק?
- תשובהבקבוק מלא מכיל כמות גדולה יותר של נוזל, אשר כאשר לוחצים עליו, מעבירה את הלחץ המופעל בצורה יעילה יותר בכל הנוזל הודות לעקרון פסקל. בקבוק כמעט ריק מכיל יותר אוויר, שהוא דחיס, כך שאותו לחץ אינו מייצר התזה חזקה של נוזל.
- במערכות הידראוליות, האם כוח המוצא תמיד גדול מכוח הקלט?
- תשובהלא בהכרח. היחס בין כוח המוצא לכוח הקלט נקבע על ידי היחס בין שטחי בוכנות המוצא והקלט. המערכת נועדה להגביר את הכוח על ידי כך ששטח בוכנת המוצא גדול יותר משטח הקלט, אך יחס השטח הוא שקובע את הגברת הכוח.
- בהתחשב בעקרון פסקל, מדוע ליצורים במעמקי הים יש גופים חזקים וקומפקטיים?
- תשובהיצורים במעמקי הים חווים לחצים עצומים עקב משקל עמוד המים שמעליה. כדי לשרוד, יצורים אלה התפתחו לגופם חסון וקומפקטי שיכול לעמוד בלחצים גבוהים אלה.
