Zrozumienie prawa Pascala
Jak działa podnośnik hydrauliczny do podnoszenia samochodu? Jak działają hamulce hydrauliczne do hamowania samochodu?
Jak dowiedzieliśmy się w temacie Ciśnienie cieczy , każda ciecz wywiera ciśnienie na wszystkie obiekty, z którymi się styka. Woda wlana do szklanki wywiera ciśnienie na ścianki szklanki. Podobnie, gdy kąpiemy się w basenie lub wodzie morskiej, woda wywiera ciśnienie na całe nasze ciało.
Całkowite ciśnienie wody na danej głębokości, na przykład ciśnienie wody morskiej na głębokości 200 metrów, jest sumą ciśnienia atmosferycznego wywieranego na powierzchnię morza i ciśnienia zmierzonego na głębokości 200 metrów. Zatem oprócz górnej warstwy wody wywierającej ciśnienie na wodę poniżej, istnieje również atmosfera, czyli powietrze, wywierające ciśnienie na powierzchnię morza.
Ciśnienie wywierane przez warstwę cieczy powyżej można opisać jako ciśnienie wewnętrzne , ponieważ powstaje w cieczy, natomiast ciśnienie atmosferyczne można opisać jako ciśnienie zewnętrzne, ponieważ atmosfera jest oddzielona od cieczy. Ciśnienie atmosferyczne działa na całą powierzchnię cieczy i jest rozprowadzane po całej cieczy. Dlatego na całkowite ciśnienie cieczy na danej głębokości wpływa nie tylko ciśnienie warstwy cieczy powyżej, ale również ciśnienie atmosferyczne.
Aby lepiej zrozumieć to wyjaśnienie, przyjrzyjmy się cieczy w pojemniku.
Ciśnienie cieczy na dnie pojemnika jest naturalnie większe niż ciśnienie cieczy nad nim. Im niżej schodzisz, tym większe jest ciśnienie cieczy; i odwrotnie, im bliżej górnej krawędzi pojemnika, tym niższe jest ciśnienie cieczy.
Wartość ciśnienia jest proporcjonalna do ρ gh (ρ = gęstość, g = przyspieszenie grawitacyjne, a h = wysokość lub głębokość). W każdym punkcie na tej samej głębokości wartość ciśnienia jest taka sama. Dotyczy to wszystkich cieczy w dowolnym pojemniku i nie zależy od kształtu pojemnika.
Jeśli zastosujemy ciśnienie zewnętrzne, na przykład naciskając na powierzchnię cieczy, wzrost ciśnienia wewnątrz cieczy jest wszędzie taki sam. Zatem, gdy przyłożymy ciśnienie zewnętrzne, każda część cieczy otrzymuje taką samą część ciśnienia. W rezultacie ciśnienie jest zawsze takie samo w każdym punkcie na tej samej głębokości. Jest to zasada Pascala, zaproponowana i nazwana na cześć jej twórcy, Blaise'a Pascala (1623–1662). Pascal był francuskim filozofem i naukowcem.
Zasada Pascala głosi, że ciśnienie przyłożone do płynu w zamkniętym pojemniku będzie przekazywane w równym stopniu do każdej części płynu i ścianek pojemnika.
Matematycznie można to zapisać następująco:
Keterangan:
p = Ciśnienie, F = Siła, A = Powierzchnia
Słowo in oznacza wywieraną presję, natomiast słowo out oznacza presję przekazywaną dalej.
Zastosowanie zasady Pascala
Kierując się zasadą Pascala, ludzie opracowali szereg narzędzi, zarówno prostych, jak i zaawansowanych, aby ułatwić sobie życie. Należą do nich między innymi podnośniki hydrauliczne, podnośniki hydrauliczne, hamulce hydrauliczne i wiele innych.
Podnośnik hydrauliczny lub podnośnik
Zasada działania podnośnika hydraulicznego pokazana jest na rysunku.
Podnośnik hydrauliczny składa się z naczynia o dwóch powierzchniach. Na obu powierzchniach znajduje się tłok, przy czym powierzchnia tłoka po lewej stronie jest mniejsza niż powierzchnia tłoka po prawej stronie. Powierzchnia tłoka jest dostosowana do powierzchni naczynia. Naczynie jest wypełnione płynem, na przykład środkiem smarującym.
Jeżeli tłok, który ma małą powierzchnię, zostanie naciśnięty w dół, to wraz z nim przemieści się cała część cieczy
wciśnięty. Ilość ciśnienia wywieranego przez tłok o małej powierzchni (lewy obraz) jest przekazywana do wszystkich części cieczy. W rezultacie ciecz naciska na tłok o większej powierzchni (prawy obraz), aż tłok zostanie wypchnięty w górę. Powierzchnia naciskanego tłoka jest mała, więc siła potrzebna do wciśnięcia cieczy jest również mała. Ale ponieważ ciśnienie (ciśnienie = siła / jednostka powierzchni) jest przekazywane w całej cieczy, mała siła zamienia się w bardzo dużą siłę, gdy ciecz naciska na tłok po prawej stronie o dużej powierzchni. Rzadko zdarza się, aby ludzie przykładali siłę wejściową do tłoka o dużej powierzchni, ponieważ nie jest to opłacalne. Na górze tłoka o dużej powierzchni zwykle umieszcza się przedmiot lub część przedmiotu, który ma zostać podniesiony (na przykład samochód).
Nie zdziw się, jeśli samochód o bardzo dużej masie można łatwo podnieść, naciskając po prostu jeden z tłoków. Powierzchnia tłoka jest bardzo mała, więc siła, którą przykładamy, również jest niewielka. Jednak ta niewielka siła wejściowa może przekształcić się w bardzo dużą siłę wyjściową, jeśli powierzchnia wyjściowa jest bardzo duża.
Jeśli podnośnik hydrauliczny ma podnosić bardzo ciężki samochód, projektant musi uwzględnić grawitację samochodu oraz siłę wyjściową podnośnika. Im większa masa podnoszonego samochodu, tym większa powierzchnia wyjściowa podnośnika. Siła wyjściowa generowana przez podnośnik hydrauliczny powinna być co najmniej większa lub równa masie podnoszonego przedmiotu.
Przykładowe pytanie 1:
A1 = 100 cm2
A2 = 250 cm2
F1 = 10 000 N
Zapytano: F 2
Pembahasan
Przykładowe pytanie 2:
Wiadomo, że:
A1 = 100 cm2 = 100 x 10-4 m2 = 0,01 m2
A2 = 250 cm2 = 250 x 10-4 m2 = 0,025 m2
Masa ładunku = 200 kg
Gęstość oleju (ρ) = 780 kg/ m3
Wysokość słupa oleju (h) = 2 metry
Przyspieszenie grawitacyjne (g) = 10 m/ s2
Pytanie: Jaka jest minimalna siła wejściowa (F), aby ładunek był zrównoważony (ładunek się nie poruszał)?
Jawab:
