บทความเกี่ยวกับหลักการของปาสคาล
หลักการทำงานของลิฟต์ไฮดรอลิกที่ใช้ยกยานยนต์เป็นอย่างไร? และหลักการทำงานของเบรกไฮดรอลิกเมื่อใช้ลดความเร็วของรถยนต์เป็นอย่างไร? โปรดศึกษาหลักการของปาสคาลเพื่อทำความเข้าใจเรื่องนี้
ของเหลวทุกชนิดจะออกแรงดันต่อวัตถุทุกอย่างที่สัมผัสกับมันเสมอ น้ำที่เราใส่ในแก้วจะออกแรงดันต่อผนังแก้ว ในทำนองเดียวกัน หากเราอาบน้ำในสระว่ายน้ำหรือน้ำทะเล น้ำในสระหรือน้ำทะเลก็จะออกแรงดันต่อร่างกายของเราทั้งหมดเช่นกัน
ความดันรวมของน้ำที่ระดับความลึกหนึ่งๆ เช่น ความดันน้ำทะเลที่ระดับความลึก 200 เมตร คือผลรวมของความดันบรรยากาศและความดันที่วัดได้ที่ระดับความลึก 200 เมตร ดังนั้นจึงไม่รวมความดันน้ำด้วย
นอกจากนี้ยังมีชั้นบรรยากาศที่กดทับผิวน้ำทะเลอีกด้วย
ความดันบรรยากาศส่งผลต่อพื้นผิวของของเหลวทุกส่วน และความดันจะกระจายไปยังทุกส่วนของของเหลว ดังนั้น ความดันรวมของของเหลวที่ระดับความลึกหนึ่งๆ นอกเหนือจากความดันของชั้นของเหลวที่อยู่ด้านบนแล้ว ยังได้รับผลกระทบจากความดันบรรยากาศด้วย
เพื่อให้เข้าใจคำอธิบายนี้ได้ดียิ่งขึ้น ลองมาทบทวนของเหลวในภาชนะกันอีกครั้ง
แน่นอนว่า ความดันของของเหลวที่ก้นภาชนะจะสูงกว่าความดันของของเหลวที่ด้านบน ยิ่งอยู่ด้านล่างมากเท่าไหร่ ความดันของของเหลวก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ในทางตรงกันข้าม ยิ่งอยู่ใกล้ผิวด้านบนของภาชนะมากเท่าไหร่ ความดันของของเหลวก็ยิ่งน้อยลงเท่านั้น
ปริมาณความดันแปรผันตรงกับ ρ gh (ρ = ความหนาแน่น, g = ความเร่งโน้มถ่วง และ h = ความสูงหรือความลึก) ณ ทุกจุดที่ระดับความลึกเดียวกัน ปริมาณความดันจะมีค่าเท่ากัน หลักการนี้ใช้ได้กับของเหลวทุกชนิดในภาชนะใดๆ และไม่ขึ้นอยู่กับรูปทรงของภาชนะ
ถ้าเราเพิ่มแรงดันจากภายนอก เช่น การกดที่ผิวน้ำ แรงดันที่เพิ่มขึ้นในของเหลวจะเท่ากันทุกที่ ดังนั้น ถ้ามีแรงดันจากภายนอกเข้ามา แรงดันในแต่ละส่วนของของเหลวจะเท่ากัน ด้วยเหตุนี้ แรงดันจึงเท่ากันเสมอในทุกจุดที่ระดับความลึกเดียวกัน นี่คือหลักการของปาสคาล ซึ่งคิดค้นและตั้งชื่อตาม บลาส์ ปาสคาล (ค.ศ. 1623-1662) นักปรัชญาและนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส
หลักการของปาสคาลกล่าวว่า ความดันที่กระทำต่อของเหลวในภาชนะปิดจะถูกส่งต่อไปยังทุกส่วนของของเหลวและผนังของภาชนะ
การประยุกต์ใช้หลักการของปาสคาล
จากหลักการของปาสคาล มนุษย์ได้ประดิษฐ์เครื่องมือหลายอย่าง ทั้งแบบง่ายและซับซ้อน เพื่อช่วยให้ชีวิตง่ายขึ้น ตัวอย่างเช่น ลิฟต์ไฮดรอลิก เบรกไฮดรอลิก เป็นต้น
ลิฟท์ไฮโดรลิค
ลิฟต์ไฮดรอลิกประกอบด้วยภาชนะที่มีสองพื้นผิว บนทั้งสองพื้นผิวมีลูกสูบ โดยพื้นที่ผิวของลูกสูบด้านซ้ายมีขนาดเล็กกว่าพื้นที่ผิวของลูกสูบด้านขวา พื้นที่ผิวของลูกสูบถูกปรับให้เหมาะสมกับพื้นที่ผิวของภาชนะ ภาชนะเหล่านี้บรรจุด้วยของเหลว เช่น สารหล่อลื่น
หากลูกสูบที่มีพื้นที่ผิวเล็กถูกกดลง ของเหลวแต่ละส่วนก็จะเคลื่อนที่ตามไปด้วย
กดลง แรงดันที่เกิดจากลูกสูบที่มีพื้นที่ผิวเล็กจะถูกส่งไปยังทุกส่วนของของเหลว ส่งผลให้ของเหลวกดลูกสูบที่มีพื้นที่ผิวใหญ่กว่า จนกระทั่งลูกสูบถูกดันขึ้น พื้นที่ผิวของลูกสูบที่ถูกกดมีขนาดเล็ก ดังนั้นแรงที่จำเป็นในการกดของเหลวจึงมีขนาดเล็ก แต่เนื่องจากแรงดันยังคงส่งผลต่อทุกส่วนของของเหลว แรงเล็กน้อยจึงเปลี่ยนไปเมื่อของเหลวกดลูกสูบที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ทางด้านขวา จึงไม่ค่อยมีใครใช้แรงดันเริ่มต้นกับลูกสูบที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ เพราะไม่คุ้มค่า โดยปกติแล้วด้านบนของลูกสูบที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่จะวางวัตถุหรือสิ่งของที่ต้องการยก (เช่น รถยนต์)
อย่าแปลกใจหากรถยนต์ที่มีมวลมหาศาลจะถูกยกขึ้นได้ง่ายๆ เพียงแค่กดลูกสูบตัวใดตัวหนึ่ง พื้นที่ผิวของลูกสูบมีขนาดเล็กมาก ดังนั้นแรงที่เราออกแรงจึงมีขนาดเล็กเช่นกัน อย่างไรก็ตาม แรงป้อนเข้าเล็กน้อยนี้สามารถเปลี่ยนเป็นแรงส่งออกมหาศาลได้ หากพื้นที่ผิวของแรงส่งออกมีขนาดใหญ่
ตัวอย่างโจทย์ข้อที่ 1:
เป็นที่รู้จัก :
A 1 = 100 cm 2
A 2 = 250 cm 2
F 1 = 200 N
ต้องการตัว : F 2
วิธีการแก้ปัญหา:
ตัวอย่างโจทย์ข้อที่ 2:
เป็นที่รู้จัก :
A 1 = 100 cm 2 = 100 x 10 -4 m 2 = 0.01 m 2
A 2 = 250 cm 2 = 250 x 10 -4 m 2 = 0.025 m 2
มวลของสิ่งของที่บรรทุก = 200 กิโลกรัม
ความหนาแน่นของน้ำมัน (ρ) = 780 กก./ ลบ.ม.
ความสูงของคอลัมน์น้ำมัน (h) = 2 เมตร
ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 m/ s²
เป็นที่ต้องการ :
แรง ป้อนเข้าขั้นต่ำ (F) เท่าใดที่จะทำให้โหลดอยู่ในสภาวะสมดุล (โหลดไม่เคลื่อนที่)?
วิธีการแก้ปัญหา:
