Înțelegerea legii lui Pascal
Cum funcționează un cric/elevator hidraulic atunci când este folosit pentru a ridica o mașină? Cum funcționează frânele hidraulice atunci când sunt folosite pentru a încetini o mașină?
După cum am învățat în subiectul principal Presiunea fluiduluiFiecare fluid exercită presiune asupra tuturor obiectelor cu care intră în contact. Apa pusă într-un pahar exercită presiune asupra pereților paharului. În mod similar, atunci când înotăm într-o piscină sau în apă de mare, apa exercită presiune asupra întregului nostru corp.
Presiunea totală a apei la o anumită adâncime, de exemplu presiunea apei mării la o adâncime de 200 de metri, este suma presiunii atmosferice care apasă pe suprafața apei mării și presiunea măsurată la o adâncime de 200 de metri. Deci, pe lângă stratul superior de apă care apasă pe apa de dedesubt, există și atmosfera, sau aerul, care apasă pe suprafața mării.
Presiunea cauzată de stratul de fluid de deasupra poate fi considerată a fi presiune internă deoarece presiunea în sine provine din interiorul fluidului, în timp ce putem spune presiune atmosferică presiune externă Deoarece atmosfera este separată de fluid, presiunea atmosferică acționează asupra întregii suprafețe a fluidului și se transmite în întregul fluid. Prin urmare, presiunea totală a fluidului la o anumită adâncime este influențată nu numai de presiunea stratului de fluid de deasupra, ci și de presiunea atmosferică.
Pentru a înțelege mai bine această explicație, să analizăm un lichid dintr-un recipient.
Presiunea lichidului de la fundul recipientului este în mod natural mai mare decât presiunea lichidului de deasupra. Cu cât coborâm mai jos, cu atât presiunea lichidului este mai mare; invers, cu cât ne apropiem de partea superioară a recipientului, cu atât presiunea lichidului este mai mică.
Mărimea presiunii este proporțională cu ρ gh (ρ = densitate, g = accelerația gravitațională și h = înălțimea sau adâncimea). În fiecare punct aflat la aceeași adâncime, magnitudinea presiunii este aceeași. Acest lucru se aplică tuturor lichidelor din orice recipient și nu depinde de forma recipientului.
Dacă aplicăm presiune externă, de exemplu prin apăsarea pe suprafața unui lichid, creșterea presiunii în interiorul lichidului este aceeași peste tot. Prin urmare, atunci când se aplică presiune externă, fiecare parte a lichidului primește aceeași proporție de presiune. Prin urmare, presiunea este întotdeauna aceeași în fiecare punct aflat la aceeași adâncime. Acesta este Principiul lui Pascal, propus și numit după fondatorul său, Blaise Pascal (1623–1662). Pascal a fost un filosof și om de știință francez.
Principiul lui Pascal afirmă că presiunea aplicată unui fluid dintr-un recipient închis se va transmite în mod egal fiecărei părți a fluidului și pereților recipientului.
Matematic se poate scrie astfel:
Informație :
p = Presiune, F = Forță, A = Aria suprafeței
Cuvântul „in” reprezintă presiunea aplicată, în timp ce cuvântul „out” reprezintă presiunea transmisă.
Aplicarea principiului lui Pascal
Ghidați de principiul lui Pascal, oamenii au dezvoltat mai multe instrumente, atât simple, cât și sofisticate, pentru a-și ușura viața. Printre acestea se numără cricuri hidraulice, ascensoare hidraulice, frâne hidraulice și multe altele.
Cric sau ridicător hidraulic
Cum funcționează un cric sau un lift hidraulic este arătat în imagine.
Un cric hidraulic este alcătuit dintr-un recipient cu două suprafețe. Pe ambele suprafețe se află câte un piston, suprafața pistonului din stânga fiind mai mică decât suprafața pistonului din dreapta. Suprafața pistonului este ajustată la suprafața recipientului. Recipientul este umplut cu un fluid, cum ar fi un lubrifiant.
Dacă pistonul, care are o suprafață mică, este împins în jos, atunci fiecare parte a lichidului merge și ea odată cu el.
presat. Cantitatea de presiune exercitată de pistonul cu o suprafață mică (imaginea din stânga) este transmisă tuturor părților lichidului. Drept urmare, lichidul apasă pe pistonul cu o suprafață mai mare (imaginea din dreapta) până când pistonul este împins în sus. Suprafața pistonului presat este mică, deci forța necesară pentru a presa lichidul este, de asemenea, mică. Dar, deoarece presiunea (Presiune = forță / unitatea de suprafață) este transmisă în întregul lichid, forța mică se transformă într-o forță foarte mare atunci când lichidul apasă pe pistonul din dreapta cu o suprafață mare. Este rar ca oamenii să aplice forță de intrare pe un piston cu o suprafață mare, deoarece acest lucru nu este profitabil. În partea superioară a pistonului cu o suprafață mare se plasează de obicei obiectul sau o parte a obiectului care trebuie ridicată (de exemplu, o mașină).
Nu fiți surprinși dacă o mașină cu o masă foarte mare poate fi ridicată cu ușurință prin simpla apăsare a unuia dintre pistoane. Suprafața pistonului este foarte mică, așa că și forța pe care o aplicăm este mică. Cu toate acestea, această forță de intrare mică poate fi transformată într-o forță de ieșire foarte mare dacă suprafața de ieșire este foarte mare.
Dacă un cric hidraulic este proiectat să ridice o mașină foarte grea, proiectantul trebuie să ia în considerare gravitația mașinii și forța de ieșire a cricului. Cu cât greutatea mașinii ridicate este mai mare, cu atât suprafața de ieșire a cricului este mai mare. Cel puțin, forța de ieșire generată de un cric hidraulic ar trebui să fie mai mare sau egală cu greutatea obiectului ridicat.
Exemplu de întrebare 1:
A1 = 100 cm2
A2 = 250 cm2
F1 = 200 N
Întrebare: F2
Pembahasan
Exemplu de întrebare 2:
Se știe că:
A1 = 100 cm2 = 100 x 10-4 m2 = 0,01 m2
A2 = 250 cm2 = 250 x 10-4 m2 = 0,025 m2
Masa încărcăturii = 200 kg
Densitatea uleiului (ρ) = 780 kg/m3
Înălțimea coloanei de petrol (h) = 2 metri
Accelerația gravitațională (g) = 10 m/s2
Întrebat: Care este forța minimă de intrare (F) astfel încât sarcina să fie în echilibru (sarcina să nu se miște)?
Jawab:
