Memahami Hukum Pascal
Bagaimanakah bicu/lif hidraulik berfungsi apabila digunakan untuk mengangkat kereta? Bagaimanakah brek hidraulik berfungsi apabila digunakan untuk memperlahankan kereta?
Seperti yang telah kita pelajari dalam topik Tekanan Bendalir , setiap bendalir mengenakan tekanan ke atas semua objek yang bersentuhan dengannya. Air yang kita masukkan ke dalam gelas mengenakan tekanan ke atas dinding kaca. Begitu juga, apabila kita mandi di kolam renang atau air laut, air tersebut mengenakan tekanan ke seluruh badan kita.
Jumlah tekanan air pada kedalaman tertentu, contohnya, tekanan air laut pada kedalaman 200 meter, ialah jumlah tekanan atmosfera yang dikenakan pada permukaan laut dan tekanan yang diukur pada kedalaman 200 meter. Jadi, selain lapisan atas air yang mengenakan tekanan ke atas air di bawahnya, terdapat juga atmosfera, atau udara, yang mengenakan tekanan ke atas permukaan laut.
Tekanan yang dikenakan oleh lapisan bendalir di atas boleh digambarkan sebagai tekanan dalaman kerana ia berasal dari dalam bendalir, manakala tekanan atmosfera boleh digambarkan sebagai tekanan luaran kerana atmosfera terpisah daripada bendalir. Tekanan atmosfera bertindak pada seluruh permukaan bendalir dan dihantar ke seluruh bendalir. Oleh itu, jumlah tekanan bendalir pada kedalaman tertentu bukan sahaja dipengaruhi oleh tekanan lapisan bendalir di atas tetapi juga oleh tekanan atmosfera.
Untuk lebih memahami penjelasan ini, mari kita lihat cecair di dalam bekas.
Tekanan cecair di bahagian bawah bekas secara semula jadi lebih besar daripada tekanan cecair di atasnya. Semakin rendah anda berada, semakin besar tekanan cecair; sebaliknya, semakin dekat anda ke bahagian atas bekas, semakin rendah tekanan cecair.
Magnitud tekanan adalah berkadar terus dengan ρ gh (ρ = ketumpatan, g = pecutan akibat graviti dan h = ketinggian atau kedalaman). Pada setiap titik pada kedalaman yang sama, magnitud tekanan adalah sama. Ini terpakai kepada semua cecair dalam mana-mana bekas dan tidak bergantung pada bentuk bekas.
Jika kita mengenakan tekanan luaran, contohnya dengan menekan permukaan cecair, peningkatan tekanan di dalam cecair adalah sama di mana-mana. Oleh itu, apabila tekanan luaran dikenakan, setiap bahagian cecair menerima bahagian tekanan yang sama. Oleh itu, tekanan sentiasa sama pada setiap titik pada kedalaman yang sama. Ini adalah Prinsip Pascal, yang dicadangkan dan dinamakan sempena pengasasnya, Blaise Pascal (1623–1662). Pascal ialah seorang ahli falsafah dan saintis Perancis.
Prinsip Pascal menyatakan bahawa tekanan yang dikenakan ke atas bendalir dalam bekas tertutup akan dihantar secara sama rata ke setiap bahagian bendalir dan dinding bekas.
Secara matematik ia boleh ditulis seperti berikut:
Penerangan:
p = Tekanan, F = Daya, A = Luas permukaan
Perkataan "masuk" mewakili tekanan yang dikenakan, manakala perkataan "keluar" mewakili tekanan yang diteruskan.
Aplikasi Prinsip Pascal
Berpandukan prinsip Pascal, manusia telah membangunkan beberapa alat, baik yang ringkas mahupun yang canggih, untuk memudahkan kehidupan. Antaranya termasuk bicu hidraulik, lif hidraulik, brek hidraulik dan banyak lagi.
Jek atau Lif Hidraulik
Cara jek atau lif hidraulik berfungsi ditunjukkan dalam gambar.
Jek hidraulik terdiri daripada sebuah bekas dengan dua permukaan. Pada kedua-dua permukaan terdapat omboh, dengan luas permukaan omboh di sebelah kiri lebih kecil daripada luas permukaan omboh di sebelah kanan. Luas permukaan omboh diselaraskan dengan luas permukaan bekas. Bekas itu diisi dengan bendalir, seperti pelincir.
Jika omboh, yang mempunyai luas permukaan yang kecil, ditolak ke bawah, maka setiap bahagian cecair juga akan keluar bersamanya
ditekan. Jumlah tekanan yang dikenakan oleh omboh dengan luas permukaan yang kecil (imej kiri) dihantar ke semua bahagian cecair. Akibatnya, cecair menekan omboh dengan luas permukaan yang lebih besar (imej kanan) sehingga omboh ditolak ke atas. Luas permukaan omboh yang ditekan adalah kecil, jadi daya yang diperlukan untuk menekan cecair juga kecil. Tetapi kerana tekanan (Tekanan = daya / unit luas) dihantar ke seluruh cecair, daya kecil bertukar menjadi daya yang sangat besar apabila cecair menekan omboh di sebelah kanan dengan luas permukaan yang besar. Jarang sekali orang menggunakan daya input pada omboh dengan luas permukaan yang besar, kerana ia tidak menguntungkan. Di bahagian atas omboh dengan luas permukaan yang besar, objek atau bahagian objek yang hendak diangkat (contohnya, kereta) biasanya diletakkan.
Jangan terkejut jika kereta dengan jisim yang sangat besar boleh diangkat dengan mudah hanya dengan menekan salah satu omboh. Luas permukaan omboh adalah sangat kecil, jadi daya yang kita gunakan juga kecil. Walau bagaimanapun, daya input yang kecil ini boleh diubah menjadi daya output yang sangat besar jika luas permukaan output adalah sangat besar.
Jika jek hidraulik direka bentuk untuk mengangkat kereta yang sangat berat, pereka bentuk perlu mempertimbangkan graviti kereta dan daya output jek. Lebih besar berat kereta yang diangkat, lebih besar luas permukaan output jek. Sekurang-kurangnya, daya output yang dihasilkan oleh jek hidraulik hendaklah lebih besar daripada atau sama dengan berat objek yang diangkat.
Contoh soalan 1:
A 1 = 100 cm 2
A 2 = 250 cm 2
F1 = 200 N
Ditanya: F 2
Perbincangan
Contoh soalan 2:
Adalah diketahui bahawa:
A 1 = 100 cm² = 100 x 10 -4 m² = 0,01 m²
A 2 = 250 cm 2 = 250 x 10 -4 m 2 = 0,025 m 2
Jisim beban = 200 kg
Ketumpatan minyak (ρ) = 780 kg/ m3
Tinggi turus minyak (t) = 2 meter
Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/ s²
Ditanya: Apakah daya input minimum (F) supaya beban berada dalam keseimbangan (beban tidak bergerak)?
Jawapan:
