Bài viết về nguyên lý Pascal
Nguyên lý hoạt động của thang nâng thủy lực dùng để nâng ô tô là gì? Nguyên lý hoạt động của phanh thủy lực khi dùng để giảm tốc độ ô tô là gì? Hãy tìm hiểu nguyên lý Pascal để hiểu rõ hơn.
Mọi chất lỏng đều luôn tạo áp lực lên tất cả các vật thể tiếp xúc với nó. Nước chúng ta đổ vào cốc sẽ tạo áp lực lên thành cốc. Tương tự, nếu chúng ta tắm trong bể bơi hoặc nước biển, nước trong bể bơi hoặc nước biển cũng tạo áp lực lên toàn bộ cơ thể chúng ta.
Tổng áp suất của nước ở một độ sâu nhất định, ví dụ, áp suất nước biển ở độ sâu 200 mét là tổng của áp suất khí quyển và áp suất đo được ở độ sâu 200 mét. Vì vậy, ngoài áp suất nước.
Ngoài ra còn có bầu khí quyển ngăn cản sự dâng cao của nước biển trên bề mặt.
Áp suất khí quyển tác động lên tất cả các bề mặt chất lỏng và phân bố đều khắp chất lỏng. Do đó, tổng áp suất của chất lỏng ở một độ sâu nhất định, ngoài áp suất của lớp chất lỏng phía trên, còn chịu ảnh hưởng của áp suất khí quyển.
Để hiểu rõ hơn lời giải thích này, chúng ta hãy cùng xem xét chất lỏng trong một vật chứa.
Tất nhiên, áp suất chất lỏng ở đáy bình cao hơn áp suất chất lỏng ở trên cùng. Càng xuống dưới, áp suất chất lỏng càng cao, ngược lại, càng gần mặt trên của bình, áp suất chất lỏng càng thấp.
Áp suất tỷ lệ thuận với ρ gh (trong đó ρ là mật độ, g là gia tốc trọng trường và h là chiều cao hoặc độ sâu). Tại mỗi điểm có cùng độ sâu, áp suất là như nhau. Điều này áp dụng cho tất cả các chất lỏng trong bất kỳ vật chứa nào và không phụ thuộc vào hình dạng của vật chứa.
Nếu ta tác dụng áp suất từ bên ngoài, ví dụ bằng cách ấn vào bề mặt chất lỏng, thì sự tăng áp suất trong chất lỏng sẽ như nhau ở mọi nơi. Vì vậy, nếu có áp suất bên ngoài tác dụng, mỗi phần của chất lỏng sẽ chịu cùng một lượng áp suất. Do đó, áp suất luôn luôn như nhau tại mọi điểm ở cùng một độ sâu. Đây là nguyên lý Pascal, được khởi xướng và đặt theo tên của Blaise Pascal (1623-1662). Pascal là một nhà triết học và khoa học người Pháp.
Nguyên lý Pascal phát biểu rằng áp suất tác dụng lên chất lỏng trong không gian kín sẽ được truyền đến mọi phần của chất lỏng và thành của vật chứa.
Ứng dụng nguyên lý Pascal
Dựa trên nguyên lý của Pascal, con người đã tạo ra nhiều công cụ, từ đơn giản đến phức tạp, để giúp cuộc sống dễ dàng hơn. Một số trong đó là thang máy thủy lực, phanh thủy lực, v.v.
Nâng thủy lực
Hệ thống nâng thủy lực bao gồm một bình chứa có hai bề mặt. Trên cả hai bề mặt đều có một pít-tông, trong đó diện tích bề mặt pít-tông bên trái nhỏ hơn diện tích bề mặt pít-tông bên phải. Diện tích bề mặt pít-tông được điều chỉnh sao cho phù hợp với diện tích bề mặt của bình chứa. Bình chứa được đổ đầy chất lỏng, chẳng hạn như chất bôi trơn.
Nếu pít-tông có diện tích bề mặt nhỏ được ấn xuống, mỗi phần chất lỏng cũng sẽ di chuyển theo.
Bị ép xuống. Lực ép do pít-tông có diện tích bề mặt nhỏ tạo ra được truyền đến tất cả các phần của chất lỏng. Kết quả là, chất lỏng ép pít-tông có diện tích bề mặt lớn hơn cho đến khi pít-tông bị đẩy lên. Diện tích bề mặt của pít-tông bị ép nhỏ nên lực cần thiết để ép chất lỏng cũng nhỏ. Nhưng vì áp suất được truyền đến tất cả các phần của chất lỏng, lực nhỏ này sẽ thay đổi khi chất lỏng ép pít-tông có diện tích bề mặt lớn hơn. Người ta hiếm khi tạo lực ép lên pít-tông có diện tích bề mặt lớn vì điều đó không có lợi? Trên đỉnh của pít-tông có diện tích bề mặt lớn thường được đặt các vật thể hoặc đồ vật cần được nâng lên (ví dụ: một chiếc ô tô).
Đừng ngạc nhiên nếu một chiếc xe có khối lượng lớn dễ dàng được nâng lên chỉ bằng cách ấn một trong các piston. Diện tích bề mặt của piston rất nhỏ nên lực chúng ta tác dụng cũng nhỏ. Tuy nhiên, lực đầu vào nhỏ có thể chuyển thành lực đầu ra khổng lồ nếu diện tích bề mặt đầu ra lớn.
Ví dụ bài toán 1:
Đã biết:
A 1 = 100 cm 2
A 2 = 250 cm 2
F 1 = 200 N
Cần tuyển: F 2
Giải pháp:
Ví dụ bài toán 2:
Đã biết:
A² = 100 cm² = 100 x 10⁻⁴ m² = 0.01 m²
A² = 250 cm² = 250 x 10⁻⁴ m² = 0.025 m²
Khối lượng hàng hóa = 200 kg
Khối lượng riêng của dầu (ρ) = 780 kg/ m³
Chiều cao cột dầu (h) = 2 m
Gia tốc trọng trường (g) = 10 m/ s²
Muốn :
Lực tác dụng tối thiểu (F) là bao nhiêu để vật ở trạng thái cân bằng (vật không di chuyển)?
Giải pháp:
