पास्कलचा नियम समजून घेणे
गाडी उचलण्यासाठी हायड्रॉलिक जॅक/लिफ्ट कसे काम करते? गाडीचा वेग कमी करण्यासाठी हायड्रॉलिक ब्रेक कसे काम करतात?
द्रव दाब या विषयात आपण शिकल्याप्रमाणे , प्रत्येक द्रव त्याच्या संपर्कात येणाऱ्या सर्व वस्तूंवर दाब टाकतो. आपण ग्लासात ठेवलेले पाणी ग्लासाच्या भिंतींवर दाब टाकते. त्याचप्रमाणे, जेव्हा आपण जलतरण तलावात किंवा समुद्राच्या पाण्यात अंघोळ करतो, तेव्हा पाणी आपल्या संपूर्ण शरीरावर दाब टाकते.
एखाद्या विशिष्ट खोलीवरील पाण्याचा एकूण दाब, उदाहरणार्थ, २०० मीटर खोलीवरील समुद्राच्या पाण्याचा दाब, हा समुद्राच्या पृष्ठभागावर पडणारा वातावरणीय दाब आणि २०० मीटर खोलीवर मोजलेला दाब यांची बेरीज असतो . त्यामुळे, पाण्याच्या वरच्या थराकडून खालच्या पाण्यावर पडणाऱ्या दाबाव्यतिरिक्त, वातावरण, म्हणजेच हवेकडूनही, समुद्राच्या पृष्ठभागावर दाब पडत असतो.
वरच्या द्रव थराने निर्माण केलेल्या दाबाला आंतरिक दाब म्हटले जाते, कारण तो द्रवाच्या आतूनच निर्माण होतो. याउलट, वातावरणीय दाबाला बाह्य दाब म्हटले जाते , कारण वातावरण द्रवापासून वेगळे असते. वातावरणीय दाब द्रवाच्या संपूर्ण पृष्ठभागावर कार्य करतो आणि संपूर्ण द्रवामध्ये प्रसारित होतो. त्यामुळे, दिलेल्या खोलीवरील एकूण द्रव दाबावर केवळ वरच्या द्रव थराच्या दाबाचाच नव्हे, तर वातावरणीय दाबाचाही प्रभाव पडतो.
हे स्पष्टीकरण अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी, आपण एका भांड्यातील द्रवाकडे पाहूया.
पात्राच्या तळाशी असलेल्या द्रवाचा दाब त्याच्या वरील द्रवाच्या दाबापेक्षा नैसर्गिकरित्या जास्त असतो. तुम्ही जितके खाली जाल, तितका द्रवाचा दाब जास्त असतो; याउलट, तुम्ही पात्राच्या वरच्या भागाच्या जितके जवळ जाल, तितका द्रवाचा दाब कमी असतो.
दाबाचे परिमाण ρ/gh (ρ = घनता, g = गुरुत्वाकर्षणामुळे होणारे त्वरण आणि h = उंची किंवा खोली) यांच्या समानुपाती असते. समान खोलीवरील प्रत्येक बिंदूवर दाबाचे परिमाण समान असते. हा नियम कोणत्याही पात्रातील सर्व द्रवांना लागू होतो आणि तो पात्राच्या आकारावर अवलंबून नसतो.
जर आपण बाह्य दाब लावला, उदाहरणार्थ एखाद्या द्रवाच्या पृष्ठभागावर दाब देऊन, तर द्रवाच्या आत होणारी दाबातील वाढ सर्वत्र सारखीच असते. त्यामुळे, जेव्हा बाह्य दाब लावला जातो, तेव्हा द्रवाच्या प्रत्येक भागाला दाबाचा समान वाटा मिळतो. म्हणूनच, समान खोलीवर प्रत्येक बिंदूवर दाब नेहमी सारखाच असतो. हे पास्कलचे तत्त्व आहे, जे त्याचे संस्थापक ब्लेझ पास्कल (१६२३-१६६२) यांनी मांडले आणि त्यांच्या नावावरूनच ओळखले जाते. पास्कल हे एक फ्रेंच तत्त्वज्ञ आणि शास्त्रज्ञ होते.
पास्कलच्या तत्वानुसार, बंद पात्रातील द्रवावर लावलेला दाब द्रवाच्या प्रत्येक भागावर आणि पात्राच्या भिंतींवर समान रीतीने प्रसारित होतो.
गणितानुसार ते खालीलप्रमाणे लिहिता येते:
माहिती :
p = दाब, F = बल, A = पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ
'इन' हा शब्द लागू होत असलेला दाब दर्शवतो, तर 'आउट' हा शब्द पुढे पाठवला जात असलेला दाब दर्शवतो.
पास्कलच्या तत्त्वाचा वापर
पास्कलच्या तत्त्वाच्या मार्गदर्शनाने, मानवाने जीवन सुलभ करण्यासाठी अनेक साधी आणि अत्याधुनिक साधने विकसित केली आहेत. यामध्ये हायड्रॉलिक जॅक, हायड्रॉलिक लिफ्ट, हायड्रॉलिक ब्रेक आणि इतर अनेक साधनांचा समावेश आहे.
हायड्रॉलिक जॅक किंवा लिफ्ट
हायड्रॉलिक जॅक किंवा लिफ्ट कसे काम करते हे चित्रात दाखवले आहे.
हायड्रॉलिक जॅकमध्ये दोन पृष्ठभाग असलेले एक पात्र असते. दोन्ही पृष्ठभागांवर एक पिस्टन असतो, ज्यामध्ये डाव्या बाजूच्या पिस्टनच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ उजव्या बाजूच्या पिस्टनच्या पृष्ठभागाच्या क्षेत्रफळापेक्षा लहान असते. पिस्टनच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ पात्राच्या पृष्ठभागाच्या क्षेत्रफळानुसार समायोजित केलेले असते. हे पात्र वंगणासारख्या द्रवाने भरलेले असते.
जर कमी पृष्ठभाग क्षेत्रफळ असलेला पिस्टन खाली ढकलला, तर द्रवाचा प्रत्येक कणही त्याच्यासोबत खाली जातो.
दाबले जाते. कमी पृष्ठभाग क्षेत्रफळ असलेल्या पिस्टनद्वारे (डावीकडील चित्र) लावलेला दाब द्रवाच्या सर्व भागांमध्ये प्रसारित होतो. परिणामी, द्रव जास्त पृष्ठभाग क्षेत्रफळ असलेल्या पिस्टनवर (उजवीकडील चित्र) दाब देतो, जोपर्यंत पिस्टन वर ढकलला जात नाही. दाबल्या जाणाऱ्या पिस्टनचे पृष्ठभाग क्षेत्रफळ लहान असते, त्यामुळे द्रवाला दाबण्यासाठी लागणारे बल देखील कमी असते. परंतु दाब (दाब = बल / एकक क्षेत्रफळ) संपूर्ण द्रवामध्ये प्रसारित होत असल्यामुळे, जेव्हा द्रव उजवीकडील जास्त पृष्ठभाग क्षेत्रफळ असलेल्या पिस्टनवर दाब देतो, तेव्हा त्या लहान बलाचे रूपांतर खूप मोठ्या बलामध्ये होते. लोक सहसा जास्त पृष्ठभाग क्षेत्रफळ असलेल्या पिस्टनवर दाब देतात, कारण ते फायदेशीर नसते. जास्त पृष्ठभाग क्षेत्रफळ असलेल्या पिस्टनच्या वरच्या टोकाला, उचलायची असलेली वस्तू किंवा वस्तूचा भाग (उदाहरणार्थ, एक कार) सहसा ठेवला जातो.
खूप जास्त वस्तुमान असलेली गाडी फक्त एक पिस्टन दाबून सहज उचलली गेली तर आश्चर्य वाटू नका. पिस्टनचे पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ खूप लहान असते, त्यामुळे आपण लावलेले बल देखील लहान असते. तथापि, जर आउटपुट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ खूप मोठे असेल, तर या लहान इनपुट बलाचे रूपांतर एका खूप मोठ्या आउटपुट बलामध्ये होऊ शकते.
जर एखादा हायड्रॉलिक जॅक खूप जड गाडी उचलण्यासाठी डिझाइन करायचा असेल, तर डिझाइनरला गाडीचे गुरुत्वाकर्षण आणि जॅकच्या आउटपुट फोर्सचा विचार करणे आवश्यक आहे. उचलल्या जाणाऱ्या गाडीचे वजन जितके जास्त असेल, तितकेच जॅकचे आउटपुट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ जास्त असते. किमान, हायड्रॉलिक जॅकद्वारे निर्माण होणारा आउटपुट फोर्स हा उचलल्या जाणाऱ्या वस्तूच्या वजनापेक्षा जास्त किंवा त्याच्या समान असला पाहिजे.
उदाहरण प्रश्न २:
A 1 = 100 सेमी 2
A 2 = 250 सेमी 2
F 1 = २०० N
विचारले : एफ २
चर्चा
उदाहरण प्रश्न २:
हे ज्ञात आहे की:
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
भाराचे वस्तुमान = २०० किलो
तेलाची घनता (ρ) = ७८० किलोग्रॅम/ घनमीटर
तेलाच्या स्तंभाची उंची (h) = २ मीटर
गुरुत्वाकर्षणामुळे होणारे त्वरण (g) = 10 m/ s²
विचारले: भार संतुलित राहण्यासाठी (भार हलू नये) किमान किती बल (F) लावावे लागेल?
उत्तर :
