パスカルの原理

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油圧リフトが車を持ち上げる際の作動原理は何ですか?油圧ブレーキが車の速度を落とす際の作動原理は何ですか?これらを理解するには、パスカルの原理を学んでください。

あらゆる流体は、接触しているすべての物体に常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及ぼします。同様に、プールや海水で入浴すると、プールの水や海水は私たちの体全体に圧力を及ぼします。

ある深さにおける水の全圧力、例えば水深200メートルにおける海水圧は、大気圧と水深200メートルにおける測定圧力の合計です。つまり、水圧に加えて、

海水の表面を抑制する大気も存在する。

大気圧は流体のすべての表面に作用し、その圧力は流体全体に分散されます。したがって、ある深さにおける流体の全圧力は、最上部の流体層の圧力だけでなく、大気圧の影響も受けます。

この説明をさらに理解するために、容器に入った液体について考えてみましょう。

容器底部の液圧は、当然ながら上部の液圧よりも高い。液面が下に行くほど液圧は高くなり、逆に容器の上面に近づくほど液圧は低くなる。

圧力は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。つまり、外部から圧力が加えられると、液体のどの部分にも同じ量の圧力がかかります。したがって、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、フランスの哲学者であり科学者であるブレーズ・パスカル(1623-1662)の名にちなんで名付けられました。

パスカルの原理によれば、密閉された空間内の液体に加えられた圧力は、液体の各部分と容器の壁面に伝達される。

パスカルの原理1

パスカルの原理の応用

パスカルの原理に基づき、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、様々な道具を生み出してきた。その例として、油圧リフトや油圧ブレーキなどが挙げられる。

油圧リフト

油圧リフトは、2つの表面を持つ容器で構成されています。両方の表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ます。容器には潤滑油などの液体が充填されます。

表面積の小さいピストンを押し下げると、液体の各部分も

押し下げます。表面積の小さいピストンによって加えられた圧力は、液体のあらゆる部分に伝わります。その結果、液体は表面積の大きいピストンを押し上げ、ピストンが押し上げられます。押し下げられたピストンの表面積は小さいため、液体を押し下げるのに必要な力も小さくなります。しかし、圧力が液体のあらゆる部分に伝わるため、液体が右側の表面積の大きいピストンを押すと、小さな力が変化します。表面積の大きいピストンに押し込む力を加えることは、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、持ち上げたい物体や物(例えば、車)が置かれます。

巨大な車でも、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。ピストンの表面積が非常に小さいため、加える力も小さいのです。しかし、出力面の面積が大きければ、小さな入力力でも大きな出力力に変換できます。

例題1:

既知:

A 1 = 100 cm 2

A 2 = 250 cm 2

F 1 = 200 N

求む: F 2

解決策:

パスカルの原理2

例題1:

既知:

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

荷物の質量 = 200 kg

油の密度(ρ)=780 kg/ m³

油柱の高さ (h) = 2 m

重力加速度 (g) = 10 m/ s²

求む:

荷重が平衡状態(荷重が動かない状態)になるための最小入力力(F)はいくらですか?

解決策:

パスカルの原理3