パスカルの法則を理解する
油圧ジャッキ/リフトは、車を持ち上げる際にどのように機能するのでしょうか?油圧ブレーキは、車を減速させる際にどのように機能するのでしょうか?
流体の圧力の項で学んだように、あらゆる流体は接触するすべての物体に圧力を及ぼします。グラスに入れた水はグラスの壁に圧力をかけます。同様に、プールや海水で入浴するとき、水は私たちの全身に圧力をかけます。
ある特定の深さにおける全水圧、例えば水深200メートルにおける海水圧は、海面に作用する大気圧と水深200メートルで測定された圧力の合計です。つまり、上層の水がその下の水に圧力をかけるだけでなく、大気圧、すなわち空気も海面に圧力をかけているのです。
上層の流体層による圧力は、流体内部で発生するため内部圧力と表現できます。一方、大気圧は、大気が流体とは分離しているため外部圧力と表現できます。大気圧は流体の表面全体に作用し、流体全体に伝達されます。したがって、ある深さにおける流体全体の圧力は、上層の流体層の圧力だけでなく、大気圧の影響も受けます。
この説明をよりよく理解するために、容器に入った液体を見てみましょう。
容器の底にある液体の圧力は、当然ながらその上にある液体の圧力よりも高くなります。容器の下に行くほど液体の圧力は高くなり、逆に容器の上部に近づくほど液体の圧力は低くなります。
圧力の大きさはρghに比例します(ρは密度、gは重力加速度、hは高さまたは深さ)。同じ深さであれば、どの点でも圧力の大きさは同じです。これはあらゆる容器に入ったあらゆる液体に当てはまり、容器の形状には依存しません。
例えば液体の表面を押すなどして外部から圧力を加えると、液体内部の圧力上昇はどこでも同じになります。したがって、外部から圧力が加えられると、液体のあらゆる部分が同じ割合の圧力を受けます。つまり、同じ深さであれば、どの点でも圧力は常に同じです。これがパスカルの原理であり、提唱者であるブレーズ・パスカル(1623年~1662年)にちなんで名付けられました。パスカルはフランスの哲学者であり科学者でした。
パスカルの原理によれば、密閉容器内の流体に加えられた圧力は、流体全体と容器の壁面に均等に伝達される。
数学的には次のように表すことができます。

説明:
p = 圧力、F = 力、A = 表面積
「in」という単語は加えられる圧力を表し、「out」という単語は伝達される圧力を表します。
パスカルの原理の応用
パスカルの原理に導かれ、人類は生活をより便利にするために、単純なものから高度なものまで、様々な道具を開発してきた。その例としては、油圧ジャッキ、油圧リフト、油圧ブレーキなどが挙げられる。
油圧ジャッキまたはリフト
油圧ジャッキまたはリフトの仕組みは図に示されています。
油圧ジャッキは、2つの面を持つ容器で構成されています。両方の面にピストンがあり、左側のピストンの表面積は右側のピストンの表面積よりも小さくなっています。ピストンの表面積は容器の表面積に合わせて調整されています。容器には潤滑油などの流体が充填されています。
表面積の小さいピストンを押し下げると、液体のすべての部分も一緒に移動します。
押圧。表面積の小さいピストン(左図)によって加えられた圧力は、液体全体に伝達されます。その結果、液体は表面積の大きいピストン(右図)を押し上げ、ピストンが押し上げられます。押圧されるピストンの表面積は小さいため、液体を押すのに必要な力も小さくなります。しかし、圧力(圧力=力/単位面積)が液体全体に伝達されるため、表面積の大きい右側のピストンに液体が押されると、小さな力が非常に大きな力になります。表面積の大きいピストンに入力力を加えることは、利益にならないため、めったにありません。表面積の大きいピストンの上部には、通常、持ち上げる物体または物体の一部(例えば、車)が置かれます。
非常に大きな質量を持つ車でも、ピストンの一つを押すだけで簡単に持ち上げられることに驚かないでください。ピストンの表面積は非常に小さいため、加える力も小さくなります。しかし、出力側の表面積が非常に大きければ、この小さな入力力を非常に大きな出力力に変換することができるのです。
油圧ジャッキで非常に重い車を持ち上げる場合、設計者は車の重力とジャッキの出力力を考慮する必要があります。持ち上げる車の重量が大きいほど、ジャッキの出力面積も大きくなります。少なくとも、油圧ジャッキによって発生する出力力は、持ち上げる対象物の重量以上でなければなりません。
例題1:
A 1 = 100 cm 2
A 2 = 250 cm 2
F 1 = 200 N
質問: F 2
討論

例題2:
以下のことが知られています。
A 1 = 100 cm 2 = 100 x 10 -4 m 2 = 0,01 m 2
A 2 = 250 cm 2 = 250 x 10 -4 m 2 = 0,025 m 2
積載質量 = 200 kg
油の密度(ρ)=780 kg/ m³
油柱の高さ(h)=2メートル
重力加速度 (g) = 10 m/ s²
質問:荷物がバランス状態(荷物が動かない状態)になるための最小入力力(F)はいくらですか?
ジャワブ:

