Forstå Pascals lov
Hvordan fungerer en hydraulisk jekk/løfter når den brukes til å løfte en bil? Hvordan fungerer hydrauliske bremser når den brukes til å bremse ned en bil?
Som vi lærte i emnet væsketrykk , utøver enhver væske trykk på alle gjenstander den kommer i kontakt med. Vann vi putter i et glass utøver trykk på glassveggene. På samme måte, når vi bader i et svømmebasseng eller sjøvann, utøver vannet trykk på hele kroppen vår.
Det totale vanntrykket på en gitt dybde, for eksempel sjøvannstrykk på 200 meters dyp, er summen av det atmosfæriske trykket som utøves på havoverflaten og det målte trykket på 200 meters dyp. Så i tillegg til at det øvre vannlaget utøver trykk på vannet under, er det også atmosfæren, eller luften, som utøver trykk på havoverflaten.
Trykket som utøves av væskelaget ovenfor kan beskrives som indre trykk fordi det stammer fra væsken, mens atmosfæretrykk kan beskrives som ytre trykk fordi atmosfæren er atskilt fra væsken. Atmosfærisk trykk virker på hele overflaten av væsken og overføres gjennom væsken. Derfor påvirkes det totale væsketrykket på en gitt dybde ikke bare av trykket i væskelaget ovenfor, men også av atmosfæretrykket.
For å forstå denne forklaringen bedre, la oss se på en væske i en beholder.
Trykket til væsken i bunnen av beholderen er naturlig nok større enn trykket til væsken over den. Jo lavere du kommer, desto større er trykket på væsken; omvendt, jo nærmere du kommer toppen av beholderen, desto lavere er trykket på væsken.
Trykkstørrelsen er proporsjonal med ρ gh (ρ = tetthet, g = tyngdeakselerasjon og h = høyde eller dybde). Trykkstørrelsen er den samme på hvert punkt i samme dybde. Dette gjelder for alle væsker i enhver beholder og avhenger ikke av beholderens form.
Hvis vi påfører eksternt trykk, for eksempel ved å trykke på overflaten av en væske, er trykket i væsken den samme overalt. Derfor, når eksternt trykk påføres, får hver del av væsken samme andel trykk. Derfor er trykket alltid det samme på hvert punkt i samme dybde. Dette er Pascals prinsipp, foreslått og oppkalt etter grunnleggeren, Blaise Pascal (1623–1662). Pascal var en fransk filosof og vitenskapsmann.
Pascals prinsipp sier at trykk som påføres en væske i en lukket beholder, vil overføres likt til alle deler av væsken og beholderens vegger.
Matematisk kan det skrives som følger:
Informasjon :
p = Trykk, F = Kraft, A = Overflateareal
Ordet «inn» representerer presset som påføres, mens ordet «ut» representerer presset som overføres.
Anvendelse av Pascals prinsipp
Veiledet av Pascals prinsipp har mennesker utviklet flere verktøy, både enkle og sofistikerte, for å gjøre livet enklere. Noen av disse inkluderer hydrauliske jekker, hydrauliske løftere, hydrauliske bremser og mer.
Hydraulisk jekk eller løfteanordning
Hvordan en hydraulisk jekk eller løfteanordning fungerer er vist på bildet.
En hydraulisk jekk består av en beholder med to overflater. På begge overflater er det et stempel, der overflatearealet til stempelet til venstre er mindre enn overflatearealet til stempelet til høyre. Stempelets overflateareal er justert til beholderens overflateareal. Beholderen er fylt med en væske, for eksempel et smøremiddel.
Hvis stempelet, som har et lite overflateareal, presses ned, så går også alle deler av væsken med det.
presset. Mengden trykk som utøves av stempelet med et lite overflateareal (venstre bilde) overføres til alle deler av væsken. Som et resultat presser væsken på stempelet med et større overflateareal (høyre bilde) inntil stempelet skyves opp. Overflatearealet til stempelet som presses er lite, så kraften som kreves for å presse væsken er også liten. Men fordi trykket (trykk = kraft / arealenhet) overføres gjennom væsken, blir den lille kraften til en veldig stor kraft når væsken presser på stempelet til høyre med et stort overflateareal. Det er sjelden at folk bruker inngangskraft på et stempel med et stort overflateareal, fordi det ikke er lønnsomt. På toppen av stempelet med et stort overflateareal plasseres vanligvis gjenstanden eller delen av gjenstanden som skal løftes (for eksempel en bil).
Ikke bli overrasket om en bil med en veldig stor masse enkelt kan løftes ved å trykke på et av stemplene. Stempelets overflateareal er veldig lite, så kraften vi bruker er også liten. Denne lille inngangskraften kan imidlertid omdannes til en veldig stor utgangskraft hvis utgangsoverflatearealet er veldig stort.
Hvis en hydraulisk jekk er konstruert for å løfte en veldig tung bil, må designeren ta hensyn til bilens tyngdekraft og jekkens utgangskraft. Jo større vekt bilen som løftes er, desto større er jekkens utgangsoverflateareal. Som et minimum bør utgangskraften som genereres av en hydraulisk jekk være større enn eller lik vekten av objektet som løftes.
Eksempelspørsmål 1:
A1 = 100 cm2
A2 = 250 cm2
F1 = 10 000 N
Spurt: F 2
Diskusjon
Eksempelspørsmål 2:
Det er kjent at:
A1 = 100 cm² = 100 x 10⁻⁴ m² = 0,01 m²
A2 = 250 cm2 = 250 x 10⁻⁴ m2 = 0,025 m2
Lastmasse = 200 kg
Oljetetthet (ρ) = 780 kg/ m³
Oljesøylens høyde (h) = 2 meter
Tyngdekraftakselerasjon (g) = 10 m/ s²
Spurt: Hva er den minste inngangskraften (F) slik at lasten er i balanse (lasten beveger seg ikke)?
Jawab:
