Паскаль заңын түсіну
Гидравликалық домкрат/көтергіш көлікті көтеру үшін қалай жұмыс істейді? Гидравликалық тежегіштер көлікті баяулату үшін қалай жұмыс істейді?
Сұйықтық қысымы тақырыбында білгеніміздей , әрбір сұйықтық жанасатын барлық заттарға қысым жасайды. Стаканға құйылған су стаканның қабырғаларына қысым жасайды. Сол сияқты, бассейнде немесе теңіз суында шомылған кезде, су бүкіл денемізге қысым жасайды.
Берілген тереңдіктегі жалпы су қысымы, мысалы, 200 метр тереңдіктегі теңіз суының қысымы, теңіз бетіне түсірілетін атмосфералық қысым мен 200 метр тереңдіктегі өлшенген қысымның қосындысына тең . Сонымен, судың жоғарғы қабаты оның астындағы суға қысым жасаумен қатар, теңіз бетіне қысым жасайтын атмосфера немесе ауа да бар.
Жоғарыдағы сұйықтық қабаты түсіретін қысымды ішкі қысым деп сипаттауға болады, себебі ол сұйықтықтың ішінде пайда болады, ал атмосфералық қысымды сыртқы қысым деп сипаттауға болады , себебі атмосфера сұйықтықтан бөлек. Атмосфералық қысым сұйықтықтың бүкіл бетіне әсер етеді және сұйықтық арқылы беріледі. Сондықтан, берілген тереңдіктегі сұйықтықтың жалпы қысымына тек жоғарыдағы сұйықтық қабатының қысымы ғана емес, сонымен қатар атмосфералық қысым да әсер етеді.
Бұл түсініктемені жақсырақ түсіну үшін ыдыстағы сұйықтықты қарастырайық.
Ыдыстың түбіндегі сұйықтықтың қысымы, әрине, оның үстіндегі сұйықтықтың қысымынан жоғары. Төмен түскен сайын сұйықтықтың қысымы соғұрлым жоғары болады; керісінше, ыдыстың жоғарғы жағына жақындаған сайын сұйықтықтың қысымы соғұрлым төмен болады.
Қысымның шамасы ρ gh-ке пропорционалды (ρ = тығыздық, g = ауырлық күшіне байланысты үдеу және h = биіктік немесе тереңдік). Бірдей тереңдіктегі әрбір нүктеде қысымның шамасы бірдей. Бұл кез келген ыдыстағы барлық сұйықтықтарға қатысты және ыдыстың пішініне байланысты емес.
Егер біз сыртқы қысымды қолдансақ, мысалы, сұйықтық бетіне басу арқылы, сұйықтық ішіндегі қысымның артуы барлық жерде бірдей болады. Сондықтан, сыртқы қысым қолданылған кезде, сұйықтықтың әрбір бөлігіне бірдей қысым үлесі түседі. Сондықтан, қысым әрқашан бірдей тереңдіктегі әрбір нүктеде бірдей болады. Бұл Паскаль принципі, ол оның негізін қалаушы Блез Паскальдың (1623–1662) атымен аталған және ұсынылған. Паскаль француз философы және ғалымы болған.
Паскаль принципі бойынша, жабық ыдыстағы сұйықтыққа түсетін қысым сұйықтықтың барлық бөлігіне және ыдыс қабырғаларына бірдей беріледі.
Математикалық тұрғыдан оны келесідей жазуға болады:
Ақпарат :
p = Қысым, F = Күш, A = Беттік аудан
«Ішінде» сөзі қолданылатын қысымды, ал «шығуда» сөзі берілетін қысымды білдіреді.
Паскаль принципін қолдану
Паскаль принципін басшылыққа ала отырып, адамдар өмірді жеңілдету үшін қарапайым және күрделі бірнеше құралдарды жасап шығарды. Олардың кейбіреулеріне гидравликалық домкраттар, гидравликалық көтергіштер, гидравликалық тежегіштер және т.б. жатады.
Гидравликалық домкрат немесе көтергіш
Гидравликалық домкрат немесе көтергіш қалай жұмыс істейтіні суретте көрсетілген.
Гидравликалық домкрат екі беті бар ыдыстан тұрады. Екі бетінде де поршень орналасқан, сол жақтағы поршеньнің беткі ауданы оң жақтағы поршеньнің беткі ауданынан кіші. Поршеньнің беткі ауданы ыдыстың беткі ауданына сәйкес келтірілген. Ыдыс майлағыш сияқты сұйықтықпен толтырылған.
Егер беті аз поршень төмен қарай итерілсе, онда сұйықтықтың әрбір бөлігі де онымен бірге кетеді
басылады. Беткі ауданы аз поршеньнің қысым мөлшері (сол жақтағы сурет) сұйықтықтың барлық бөліктеріне беріледі. Нәтижесінде, сұйықтық поршень жоғары итерілгенше беткі ауданы үлкен поршеньге басады (оң жақтағы сурет). Басылып жатқан поршеньнің беткі ауданы аз, сондықтан сұйықтықты басу үшін қажетті күш те аз. Бірақ қысым (қысым = күш / бірлік аудан) сұйықтық бойымен берілетіндіктен, сұйықтық беткі ауданы үлкен оң жақтағы поршеньге басылған кезде аз күш өте үлкен күшке айналады. Беткі ауданы үлкен поршеньге кіріс күшін қолдану сирек кездеседі, себебі бұл тиімді емес. Беткі ауданы үлкен поршеньнің жоғарғы жағына әдетте көтерілетін зат немесе заттың бөлігі (мысалы, көлік) орналастырылады.
Егер массасы өте үлкен көлікті поршеньдердің бірін басу арқылы оңай көтеруге болатын болса, таң қалмаңыз. Поршеньнің беткі ауданы өте аз, сондықтан біз қолданатын күш те аз. Дегенмен, егер шығыс бетінің ауданы өте үлкен болса, бұл шағын кіріс күші өте үлкен шығыс күшіне айналуы мүмкін.
Егер гидравликалық домкрат өте ауыр көлікті көтеруге арналған болса, дизайнер көліктің ауырлық күшін және домкраттың шығыс күшін ескеруі керек. Көтерілетін көліктің салмағы неғұрлым көп болса, домкраттың шығыс бетінің ауданы соғұрлым үлкен болады. Гидравликалық домкрат тудыратын шығыс күші кем дегенде көтерілетін заттың салмағынан үлкен немесе оған тең болуы керек.
1-мысал сұрақ:
A 1 = 100 см 2
A 2 = 250 см 2
F1 = 10 000 N
Сұрақ қойылды: F 2
Талқылау
2-мысал сұрақ:
Белгілі болғандай:
A 1 = 100 см 2 = 100 x 10 -4 м 2 = 0,01 м 2
A 2 = 250 см 2 = 250 x 10 -4 м 2 = 0,025 м 2
Жүк массасы = 200 кг
Мұнай тығыздығы (ρ) = 780 кг/м 3
Мұнай бағанасының биіктігі (сағ) = 2 метр
Ауырлық күшінің әсерінен үдеу (г) = 10 м/с 2
Сұрақ қойылды: Жүк тепе-теңдікте болуы үшін (жүк қозғалмауы үшін) ең аз кіріс күші (F) қандай болуы керек?
Жауап:
