Förstå Pascals lag
Hur fungerar en hydraulisk domkraft/lyft när den används för att lyfta en bil? Hur fungerar hydrauliska bromsar när de används för att bromsa en bil?
Som vi har lärt oss i huvudämnet VätsketryckVarje vätska utövar tryck på alla föremål den kommer i kontakt med. Vatten i ett glas utövar tryck på glasväggarna. På samma sätt, när vi simmar i en simbassäng eller havsvatten, utövar vattnet tryck på hela vår kropp.
Det totala vattentrycket på ett visst djup, till exempel havsvattentrycket på 200 meters djup, är summan av det atmosfäriska trycket som pressar på havsvattnets yta och uppmätt tryck på ett djup av 200 meter. Så, förutom att det övre vattenlagret trycker ner på vattnet under det, finns det också atmosfären, eller luften, som trycker ner på havets yta.
Trycket som orsakas av vätskelagret ovanför kan sägas vara inre tryck eftersom själva trycket kommer inifrån vätskan, medan vi kan säga atmosfärstryck yttre tryck Eftersom atmosfären är separerad från vätskan verkar atmosfärstrycket på hela vätskans yta och överförs genom hela vätskan. Därför påverkas det totala vätsketrycket på ett givet djup inte bara av trycket i vätskelagret ovanför utan även av atmosfärstrycket.
För att bättre förstå denna förklaring, låt oss titta på en vätska i en behållare.
Vätsketrycket i botten av behållaren är naturligtvis högre än trycket i vätskan ovanför. Ju lägre du kommer, desto större blir vätskans tryck; omvänt, ju närmare du kommer behållarens topp, desto lägre blir vätskans tryck.
Tryckets storlek är proportionell mot ρ gh (ρ = densitet, g = tyngdacceleration och h = höjd eller djup). Vid varje punkt på samma djup är tryckets storlek densamma. Detta gäller alla vätskor i alla behållare och beror inte på behållarens form.
Om vi applicerar externt tryck, till exempel genom att trycka på en vätskeyta, är tryckökningen i vätskan densamma överallt. Därför, när externt tryck appliceras, får varje del av vätskan samma andel tryck. Därför är trycket alltid detsamma vid varje punkt på samma djup. Detta är Pascals princip, föreslagen och uppkallad efter dess grundare, Blaise Pascal (1623–1662). Pascal var en fransk filosof och vetenskapsman.
Pascals princip säger att tryck som appliceras på en vätska i en sluten behållare kommer att överföras lika till alla delar av vätskan och behållarens väggar.
Matematiskt kan det skrivas enligt följande:
Sammanfattning:
p = Tryck, F = Kraft, A = Ytarea
Ordet in representerar det tryck som appliceras, medan ordet ut representerar det tryck som förs vidare.
Tillämpning av Pascals princip
Vägledda av Pascals princip har människor utvecklat flera verktyg, både enkla och sofistikerade, för att göra livet enklare. Några av dessa inkluderar hydrauliska domkrafter, hydrauliska lyftar, hydrauliska bromsar och mer.
Hydraulisk domkraft eller lyft
Hur en hydraulisk domkraft eller lyft fungerar visas på bilden.
En hydraulisk domkraft består av ett kärl med två ytor. På båda ytorna finns en kolv, där kolvens yta till vänster är mindre än kolvens yta till höger. Kolvens yta är anpassad till kärlets yta. Kärlet är fyllt med en vätska, såsom ett smörjmedel.
Om kolven, som har en liten yta, trycks nedåt, så följer även all vätska med.
trycks. Mängden tryck som utövas av kolven med en liten yta (vänster bild) överförs till alla delar av vätskan. Som ett resultat trycker vätskan på kolven med en större yta (höger bild) tills kolven trycks uppåt. Ytan på den kolv som pressas är liten, så den kraft som krävs för att pressa vätskan är också liten. Men eftersom trycket (tryck = kraft / ytenhet) överförs genom hela vätskan, omvandlas den lilla kraften till en mycket stor kraft när vätskan trycker på kolven till höger med en stor yta. Det är sällsynt att människor applicerar ingångskraft på en kolv med en stor yta, eftersom det inte är lönsamt. Högst upp på kolven med en stor yta placeras vanligtvis föremålet eller den del av föremålet som ska lyftas (till exempel en bil).
Bli inte förvånad om en bil med en mycket stor massa enkelt kan lyftas genom att helt enkelt trycka på en av kolvarna. Kolvens yta är mycket liten, så kraften vi applicerar är också liten. Denna lilla ingående kraft kan dock omvandlas till en mycket stor utgående kraft om den utgående ytan är mycket stor.
Om en hydraulisk domkraft är konstruerad för att lyfta en mycket tung bil måste konstruktören ta hänsyn till bilens gravitation och domkraftens utgående kraft. Ju större vikt bilen som lyfts har, desto större är domkraftens utgående yta. Som ett minimum bör den utgående kraft som genereras av en hydraulisk domkraft vara större än eller lika med vikten av det föremål som lyfts.
Exempelfråga 1:
A1 = 100 cm2
A2 = 250 cm2
F1 = 200 N
Frågade: F2
Diskussion
Exempelfråga 2:
Det är känt att:
A1 = 100 cm2 = 100 x 10-4 m2 = 0,01 m2
A2 = 250 cm2 = 250 x 10-4 m2 = 0,025 m2
Lastvikt = 200 kg
Oljedensitet (ρ) = 780 kg/m²3
Oljepelarens höjd (h) = 2 meter
Tyngdacceleration (g) = 10 m/s2
Frågade: Vilken är den minsta ingående kraften (F) för att lasten ska vara i balans (lasten rör sig inte)?
Jawab:
