帕斯卡原理

關於帕斯卡原理的文章

液壓升降機的工作原理是什麼?液壓煞車的工作原理又是什麼?請先學習帕斯卡原理來理解這些。

任何流體都會對與其接觸的物體施加壓力。我們倒入玻璃杯中的水會對玻璃壁施加壓力。同樣,如果我們在游泳池或海水中洗澡,池水或海水也會對我們的整個身體施加壓力。

例如,某一深度處水的總壓力,即200公尺深處海水的壓力,是大氣壓力與200公尺深處測得的壓力總和。因此,除了水壓之外,還有其他因素。

此外,還有大氣層抑制著海水的表面運動。

大氣壓力作用於所有流體表面,並分佈到流體的各個部分。因此,除了頂部流體層的壓力外,一定深度的流體總壓力還會受到大氣壓力的影響。

為了更深入地理解這個解釋,讓我們回顧一下容器中的液體。

容器底部的液體壓力當然高於頂部的液體壓力。越往下,液體壓力越大;反之,越靠近容器頂部,液體壓力越小。

壓力的大小與 ρgh 成正比(ρ 為密度,g 為重力加速度,h 為高度或深度)。在同一深度處,壓力大小相同。這適用於任何容器中的所有液體,並且與容器的形狀無關。

如果我們施加外部壓力,例如按壓液體表面,液體內部各處的壓力增加量是相同的。因此,如果施加外部壓力,液體的每個部分都會受到相同大小的壓力。所以,在同一深度上,每一點的壓力都相同。這就是帕斯卡原理,它是由法國哲學家和科學家布萊茲·帕斯卡(1623-1662)提出並以其名字命名。

帕斯卡原理指出,施加在封閉空間內液體上的壓力會傳遞到液體的每個部分以及容器的壁上。

帕斯卡原理1

帕斯卡原理的應用

基於帕斯卡原理,人類製造了許多工具,從簡單的到複雜的,使生活更加便捷。例如液壓升降機、液壓煞車等等。

液壓升降機

液壓升降機由一個具有兩個表面的容器組成。兩個表面上都裝有活塞,左側活塞的表面積小於右側活塞的表面積。活塞的表面積會根據容器的表面積進行調整。容器內充滿液體,例如潤滑劑。

如果向下按壓表面積較小的活塞,液體的每個部分也會隨之移動。

向下按壓。小表面積活塞產生的壓力會傳遞到液體的各個部位。因此,液體會向上推動表面積較大的活塞,直到活塞被向上推起。由於被壓活塞的表面積較小,因此推動液體所需的力道也較小。但是,由於壓力會傳遞到液體的各個部分,當液體向上推動表面積較大的活塞時,原本較小的力就會改變。人們很少會對表面積較大的活塞施加初始力,因為這樣做並不划算。通常,表面積較大的活塞頂部會放置需要提升的物體(例如汽車)。

如果一輛品質龐大的汽車只需按壓一個活塞就能輕鬆抬起,請不要感到驚訝。活塞的表面積很小,因此我們施加的力也很小。然而,如果輸出表面積很大,那麼較小的輸入力就可以轉換為巨大的輸出力。

例題1:

已知:

A1 = 100 cm2

A2 = 250 cm2

F1 = 200 N

招募: F 2

解決方案:

帕斯卡原理2

例題2:

已知:

A² = 100 cm² = 100 × 10⁻⁴ m² = 0.01 m²

A² = 250 cm² = 250 × 10⁻⁴ m² = 0.025 m²

負載質量 = 200 公斤

油的密度 (ρ) = 780 kg/ m³

油柱高度 (h) = 2 米

重力加速度 (g) = 10 m/ s²

招募:

使負載處於平衡狀態(負載不移動)的最小輸入力(F)是多少?

解決方案:

帕斯卡原理3