Razumevanje Pascalovega zakona
Kako deluje hidravlična dvigalka/dvigalka pri dvigovanju avtomobila? Kako delujejo hidravlične zavore pri upočasnjevanju avtomobila?
Kot smo se naučili pri temi o tlaku tekočin , vsaka tekočina pritiska na vse predmete, s katerimi pride v stik. Voda, ki jo nalijemo v kozarec, pritiska na stene kozarca. Podobno, ko se kopamo v bazenu ali morski vodi, voda pritiska na celotno naše telo.
Skupni vodni tlak na določeni globini, na primer tlak morske vode na globini 200 metrov, je vsota atmosferskega tlaka, ki deluje na morsko površino, in izmerjenega tlaka na globini 200 metrov. Torej poleg zgornje plasti vode, ki pritiska na vodo pod njo, obstaja tudi atmosfera oziroma zrak, ki pritiska na morsko površino.
Tlak, ki ga izvaja zgornja plast tekočine, lahko opišemo kot notranji tlak , ker izvira iz tekočine, medtem ko lahko atmosferski tlak opišemo kot zunanji tlak, ker je atmosfera ločena od tekočine. Atmosferski tlak deluje na celotno površino tekočine in se prenaša po vsej tekočini. Zato na skupni tlak tekočine na določeni globini ne vpliva le tlak zgornje plasti tekočine, temveč tudi atmosferski tlak.
Da bi bolje razumeli to razlago, si poglejmo tekočino v posodi.
Tlak tekočine na dnu posode je seveda večji od tlaka tekočine nad njo. Nižje kot greste, večji je tlak tekočine; obratno, bližje kot ste vrhu posode, nižji je tlak tekočine.
Velikost tlaka je sorazmerna z ρ gh (ρ = gostota, g = gravitacijski pospešek in h = višina ali globina). V vsaki točki na isti globini je velikost tlaka enaka. To velja za vse tekočine v kateri koli posodi in ni odvisno od oblike posode.
Če izvajamo zunanji pritisk, na primer s pritiskom na površino tekočine, je povečanje tlaka v tekočini povsod enako. Zato, ko izvajamo zunanji pritisk, vsak del tekočine prejme enak delež tlaka. Zato je tlak vedno enak na vsaki točki na isti globini. To je Pascalov zakon, ki ga je predlagal in poimenoval po svojem utemeljitelju Blaiseu Pascalu (1623–1662). Pascal je bil francoski filozof in znanstvenik.
Pascalov princip pravi, da se tlak, ki deluje na tekočino v zaprti posodi, enakomerno prenaša na vse dele tekočine in stene posode.
Matematično se lahko zapiše takole:
Informacije:
p = tlak, F = sila, A = površina
Beseda »in« predstavlja pritisk, ki se izvaja, beseda »out« pa pritisk, ki se prenaša naprej.
Uporaba Pascalovega principa
Vodeni po Pascalovem načelu so ljudje razvili številna orodja, tako preprosta kot dovršena, da bi si olajšali življenje. Nekatera od teh vključujejo hidravlične dvigalke, hidravlična dvigala, hidravlične zavore in drugo.
Hidravlična dvigalka ali dvigalo
Kako deluje hidravlična dvigalka ali dvigalo, je prikazano na sliki.
Hidravlična dvigalka je sestavljena iz posode z dvema površinama. Na obeh površinah je bat, pri čemer je površina bata na levi strani manjša od površine bata na desni. Površina bata je prilagojena površini posode. Posoda je napolnjena s tekočino, kot je mazivo.
Če bat, ki ima majhno površino, potisnemo navzdol, gre z njim tudi vsak del tekočine.
stisnjen. Količina pritiska, ki jo izvaja bat z majhno površino (leva slika), se prenaša na vse dele tekočine. Posledično tekočina pritiska na bat z večjo površino (desna slika), dokler se bat ne potisne navzgor. Površina bata, ki ga pritiskamo, je majhna, zato je majhna tudi sila, potrebna za stiskanje tekočine. Ker pa se tlak (tlak = sila / enota površine) prenaša po celotni tekočini, se majhna sila spremeni v zelo veliko silo, ko tekočina pritiska na bat na desni strani z veliko površino. Redko se zgodi, da ljudje uporabljajo vhodno silo na bat z veliko površino, ker to ni donosno. Na vrh bata z veliko površino se običajno namesti predmet ali del predmeta, ki ga je treba dvigniti (na primer avtomobil).
Ne bodite presenečeni, če lahko avtomobil z zelo veliko maso enostavno dvignemo s preprostim pritiskom na enega od batov. Površina bata je zelo majhna, zato je tudi sila, ki jo uporabimo, majhna. Vendar pa se ta majhna vhodna sila lahko pretvori v zelo veliko izhodno silo, če je izhodna površina zelo velika.
Če je hidravlična dvigalka zasnovana za dvigovanje zelo težkega avtomobila, mora konstruktor upoštevati težo avtomobila in izhodno silo dvigalke. Večja kot je teža avtomobila, ki ga dvigujete, večja je izhodna površina dvigalke. Izhodna sila, ki jo ustvari hidravlična dvigalka, mora biti vsaj večja ali enaka teži dvigovanega predmeta.
Primer vprašanja 1:
A² = 100 cm²
A² = 250 cm²
F³ = 200 N
Vprašano: F 2
Razprava
Primer vprašanja 2:
Znano je, da:
A 1 = 100 cm² = 100 x 10⁻⁴ m² = 0,01 m²
A² = 250 cm² = 250 x 10⁻⁴ m² = 0,025 m²
Masa tovora = 200 kg
Gostota olja (ρ) = 780 kg/ m3
Višina oljnega stebra (h) = 2 metra
Pospešek zaradi gravitacije (g) = 10 m/ s²
Vprašanje: Kolikšna je najmanjša vhodna sila (F), da je breme v ravnovesju (breme se ne premika)?
Odgovor:
