Pascal Yasasını Anlamak
Bir aracı kaldırmak için kullanılan hidrolik kriko/lift nasıl çalışır? Bir aracı yavaşlatmak için kullanılan hidrolik frenler nasıl çalışır?
Sıvı Basıncı konusunda öğrendiğimiz gibi , her sıvı temas ettiği tüm nesnelere basınç uygular. Bir bardağa koyduğumuz su, bardağın duvarlarına basınç uygular. Benzer şekilde, bir yüzme havuzunda veya deniz suyunda yıkandığımızda, su tüm vücudumuza basınç uygular.
Belirli bir derinlikteki toplam su basıncı, örneğin 200 metre derinlikteki deniz suyu basıncı, deniz yüzeyine etki eden atmosfer basıncı ile 200 metre derinlikte ölçülen basıncın toplamıdır. Dolayısıyla, üst su tabakasının altındaki suya uyguladığı basınca ek olarak, deniz yüzeyine basınç uygulayan atmosfer veya hava da vardır.
Üstteki sıvı tabakasının uyguladığı basınca, sıvının içinden kaynaklandığı için iç basınç , atmosfer basıncına ise atmosferin sıvıdan ayrı olması nedeniyle dış basınç denir . Atmosfer basıncı sıvının tüm yüzeyine etki eder ve sıvı boyunca iletilir. Bu nedenle, belirli bir derinlikteki toplam sıvı basıncı, yalnızca üstteki sıvı tabakasının basıncından değil, aynı zamanda atmosfer basıncından da etkilenir.
Bu açıklamayı daha iyi anlamak için, bir kap içindeki sıvıya bakalım.
Kabın dibindeki sıvının basıncı, doğal olarak üstündeki sıvının basıncından daha büyüktür. Aşağıya doğru indikçe sıvının basıncı artar; tersine, kabın tepesine yaklaştıkça sıvının basıncı azalır.
Basıncın büyüklüğü ρ gh ile orantılıdır (ρ = yoğunluk, g = yerçekimi ivmesi ve h = yükseklik veya derinlik). Aynı derinlikteki her noktada basıncın büyüklüğü aynıdır. Bu, herhangi bir kaptaki tüm sıvılar için geçerlidir ve kabın şekline bağlı değildir.
Örneğin bir sıvının yüzeyine bastırarak dışarıdan basınç uygularsak, sıvının içindeki basınç artışı her yerde aynıdır. Bu nedenle, dışarıdan basınç uygulandığında, sıvının her bölümü aynı oranda basınca maruz kalır. Dolayısıyla, aynı derinlikteki her noktada basınç her zaman aynıdır. Bu, kurucusu Blaise Pascal (1623–1662) tarafından ortaya atılan ve onun adıyla anılan Pascal İlkesi'dir. Pascal, Fransız bir filozof ve bilim insanıydı.
Pascal ilkesi, kapalı bir kapta bulunan bir sıvıya uygulanan basıncın, sıvının her yerine ve kabın duvarlarına eşit olarak iletileceğini belirtir.
Matematiksel olarak şu şekilde yazılabilir:
Bilgi:
p = Basınç, F = Kuvvet, A = Yüzey alanı
"İçeri" kelimesi uygulanan basıncı, "dışarı" kelimesi ise aktarılan basıncı temsil eder.
Pascal İlkesinin Uygulanması
Pascal ilkesinden yola çıkarak, insanlar hayatı kolaylaştırmak için hem basit hem de karmaşık birçok araç geliştirmişlerdir. Bunlardan bazıları hidrolik krikolar, hidrolik asansörler, hidrolik frenler ve daha fazlasıdır.
Hidrolik Kriko veya Kaldırma
Resimde hidrolik kriko veya kaldırma sisteminin çalışma prensibi gösterilmektedir.
Hidrolik kriko, iki yüzeye sahip bir kaptan oluşur. Her iki yüzeyde de birer piston bulunur; soldaki pistonun yüzey alanı, sağdaki pistonun yüzey alanından daha küçüktür. Pistonun yüzey alanı, kabın yüzey alanına göre ayarlanır. Kap, yağlayıcı gibi bir sıvı ile doldurulur.
Yüzey alanı küçük olan piston aşağı doğru itilirse, sıvının her parçası da onunla birlikte hareket eder.
Basınç uygulandığında, küçük yüzey alanına sahip pistonun (soldaki resim) uyguladığı basınç, sıvının tüm kısımlarına iletilir. Sonuç olarak, sıvı daha büyük yüzey alanına sahip pistona (sağdaki resim) baskı uygular ve piston yukarı doğru itilir. Basınç uygulanan pistonun yüzey alanı küçük olduğundan, sıvıyı itmek için gereken kuvvet de küçüktür. Ancak basınç (Basınç = kuvvet / birim alan) sıvının tamamına iletildiği için, sıvı büyük yüzey alanına sahip sağdaki pistona baskı uyguladığında küçük kuvvet çok büyük bir kuvvete dönüşür. İnsanların büyük yüzey alanına sahip bir pistona giriş kuvveti uygulaması nadirdir, çünkü karlı değildir. Büyük yüzey alanına sahip pistonun üst kısmına genellikle kaldırılacak nesne veya nesnenin bir parçası (örneğin, bir araba) yerleştirilir.
Çok büyük kütleli bir arabanın, pistonlardan birine basılarak kolayca kaldırılabilmesine şaşırmayın. Pistonun yüzey alanı çok küçük olduğundan, uyguladığımız kuvvet de küçüktür. Ancak, çıkış yüzey alanı çok büyükse, bu küçük giriş kuvveti çok büyük bir çıkış kuvvetine dönüştürülebilir.
Eğer hidrolik kriko çok ağır bir aracı kaldırmak için tasarlanıyorsa, tasarımcının aracın ağırlığını ve krikonun ürettiği kuvveti dikkate alması gerekir. Kaldırılan aracın ağırlığı ne kadar fazla olursa, krikonun ürettiği kuvvet de o kadar büyük olur. En azından, hidrolik krikonun ürettiği kuvvet, kaldırılan nesnenin ağırlığından büyük veya ona eşit olmalıdır.
Örnek soru 1:
A 1 = 100 cm 2
A 2 = 250 cm 2
F 1 = 200 N
Sorulan: F 2
Pembahasan
Örnek soru 2:
Şunlar bilinmektedir:
A 1 = 100 cm 2 = 100 x 10 -4 m 2 = 0,01 m 2
A² = 250 cm² = 250 x 10⁻⁴ m² = 0,025 m²
Yük kütlesi = 200 kg
Yağ yoğunluğu (ρ) = 780 kg/ m³
Yağ sütununun yüksekliği (h) = 2 metre
Yerçekimi ivmesi (g) = 10 m/ s²
Sorulan soru: Yükün dengede kalması (yükün hareket etmemesi) için gereken minimum giriş kuvveti (F) nedir?
Cevap :
