Sheria ya Pascal

Kuelewa Sheria ya Pascal

Jeki/lifti ya majimaji hufanyaje kazi inapotumika kuinua gari? Breki za majimaji hufanyaje kazi inapotumika kupunguza mwendo wa gari?

Kama tulivyojifunza katika mada ya Shinikizo la Maji , kila umajimaji hutoa shinikizo kwenye vitu vyote vinavyogusana navyo. Maji tunayoweka kwenye glasi hutoa shinikizo kwenye kuta za glasi. Vivyo hivyo, tunapooga kwenye bwawa la kuogelea au maji ya bahari, maji hutoa shinikizo kwenye mwili wetu wote.

Shinikizo la jumla la maji kwa kina fulani, kwa mfano, shinikizo la maji ya bahari kwa kina cha mita 200, ni jumla ya shinikizo la angahewa linalotolewa juu ya uso wa bahari na shinikizo lililopimwa kwa kina cha mita 200. Kwa hivyo, pamoja na safu ya juu ya maji inayotoa shinikizo juu ya maji yaliyo chini yake, pia kuna angahewa, au hewa, inayotoa shinikizo juu ya uso wa bahari.

Shinikizo linalotolewa na safu ya umajimaji hapo juu linaweza kuelezewa kama shinikizo la ndani kwa sababu linaanzia ndani ya umajimaji, huku shinikizo la angahewa likielezewa kama shinikizo la nje kwa sababu angahewa ni tofauti na umajimaji. Shinikizo la angahewa hufanya kazi kwenye uso mzima wa umajimaji na hupitishwa katika umajimaji wote. Kwa hivyo, shinikizo la umajimaji kwa kina fulani huathiriwa si tu na shinikizo la safu ya umajimaji hapo juu bali pia na shinikizo la angahewa.

Ili kuelewa vyema maelezo haya, hebu tuangalie kioevu kwenye chombo.

Shinikizo la kioevu chini ya chombo ni kubwa kiasili kuliko shinikizo la kioevu kilicho juu yake. Kadiri unavyopungua, ndivyo shinikizo la kioevu linavyoongezeka; kinyume chake, kadiri unavyokaribia sehemu ya juu ya chombo, ndivyo shinikizo la kioevu linavyopungua.

Ukubwa wa shinikizo ni sawia na ρ gh (ρ = msongamano, g = kasi kutokana na mvuto na h = urefu au kina). Katika kila nukta kwa kina sawa, ukubwa wa shinikizo ni sawa. Hii inatumika kwa vimiminika vyote kwenye chombo chochote na haitegemei umbo la chombo.

Tukitumia shinikizo la nje, kwa mfano kwa kubonyeza juu ya uso wa kioevu, ongezeko la shinikizo ndani ya kioevu ni sawa kila mahali. Kwa hivyo, shinikizo la nje linapotumika, kila sehemu ya kioevu hupokea sehemu sawa ya shinikizo. Kwa hivyo, shinikizo huwa sawa kila wakati katika kila nukta kwa kina sawa. Hii ndiyo Kanuni ya Pascal, iliyopendekezwa na kupewa jina la mwanzilishi wake, Blaise Pascal (1623–1662). Pascal alikuwa mwanafalsafa na mwanasayansi Mfaransa.

Kanuni ya Pascal inasema kwamba shinikizo linalotumika kwenye umajimaji kwenye chombo kilichofungwa litasambazwa sawasawa kwa kila sehemu ya umajimaji na kuta za chombo.

Kihisabati inaweza kuandikwa kama ifuatavyo:

Taarifa:

p = Shinikizo, F = Nguvu, A = Eneo la uso

Neno ndani linawakilisha shinikizo linalotumika, huku neno nje likiwakilisha shinikizo linalopitishwa.

Matumizi ya Kanuni ya Pascal

Kwa kuongozwa na kanuni ya Pascal, wanadamu wameunda zana kadhaa, rahisi na za kisasa, ili kurahisisha maisha. Baadhi ya hizi ni pamoja na jeki za majimaji, lifti za majimaji, breki za majimaji, na zaidi.

Jack ya Hydraulic au Lifti

Jinsi jeki au lifti ya majimaji inavyofanya kazi inavyoonyeshwa kwenye picha.

Kifaa cha majimaji kina chombo chenye nyuso mbili. Kwenye nyuso zote mbili kuna pistoni, huku eneo la uso wa pistoni upande wa kushoto likiwa dogo kuliko eneo la uso wa pistoni upande wa kulia. Eneo la uso wa pistoni hurekebishwa kulingana na eneo la uso wa chombo. Chombo hujazwa na umajimaji, kama vile mafuta ya kulainishia.

Ikiwa pistoni, ambayo ina eneo dogo la uso, imesukumwa chini, basi kila sehemu ya kioevu pia huenda nayo

Imeshinikizwa. Kiasi cha shinikizo kinachotolewa na pistoni yenye eneo dogo la uso (picha ya kushoto) hupitishwa hadi sehemu zote za kioevu. Matokeo yake, kioevu hushinikiza pistoni yenye eneo kubwa la uso (picha ya kulia) hadi pistoni isukumwe juu. Eneo la uso wa pistoni inayoshinikizwa ni dogo, kwa hivyo nguvu inayohitajika kubonyeza kioevu pia ni ndogo. Lakini kwa sababu shinikizo (Shinikizo = nguvu / eneo la kitengo) hupitishwa kote kwenye kioevu, nguvu ndogo hubadilika kuwa nguvu kubwa sana wakati kioevu kinashinikiza pistoni iliyo upande wa kulia yenye eneo kubwa la uso. Ni nadra kwa watu kutumia nguvu ya kuingiza kwenye pistoni yenye eneo kubwa la uso, kwa sababu haina faida. Juu ya pistoni yenye eneo kubwa la uso, kitu au sehemu ya kitu kinachopaswa kuinuliwa (kwa mfano, gari) kwa kawaida huwekwa.

Usishangae ikiwa gari lenye uzito mkubwa sana linaweza kuinuliwa kwa urahisi kwa kubonyeza moja ya pistoni. Eneo la uso wa pistoni ni dogo sana, kwa hivyo nguvu tunayotumia pia ni ndogo. Hata hivyo, nguvu hii ndogo ya kuingiza inaweza kubadilishwa kuwa nguvu kubwa sana ya kutoa ikiwa eneo la uso wa kutoa ni kubwa sana.

Ikiwa jeki ya majimaji imeundwa kuinua gari zito sana, mbuni anahitaji kuzingatia uvutano wa gari na nguvu ya kutoa ya jeki. Kadiri uzito wa gari linaloinuliwa unavyokuwa mkubwa, ndivyo eneo la uso wa kutoa la jeki linavyokuwa kubwa zaidi. Kwa kiwango cha chini, nguvu ya kutoa inayozalishwa na jeki ya majimaji inapaswa kuwa kubwa kuliko au sawa na uzito wa kitu kinachoinuliwa.

Mfano wa swali la 1:

A ₁ = 100 cm ²

A ₂ = 250 cm ²

F ₁ = 200 N

Aliuliza: F ₂

Majadiliano

Mfano wa swali la 2:

Inajulikana kwamba:

A ₁ = 100 cm ² = 100 x 10 ^-4 m ² = 0,01 m ²

A ₂ = sm 250 ² = 250 x 10 ^-4 m ² = 0,025 m ²

Uzito wa mzigo = kilo 200

Uzito wa mafuta (ρ) = 780 kg/ ^m3

Urefu wa safu wima ya mafuta (h) = mita 2

Kuongeza kasi kutokana na uvutano (g) = 10 m/s ²

Aliuliza: Je, ni nguvu gani ya chini kabisa ya kuingiza (F) ili mzigo uwe katika usawa (mzigo hausogei)?

Jibu: