Pascalov zakon za tekućine i plinove kaže da pritisak, šireći se u tvari, ne mijenja njezinu snagu i prenosi se u svim smjerovima jednako. Tekuće i plinovite tvari se pod pritiskom ponašaju s određenim razlikama. Razlika je zbog ponašanja čestica i težine plinova i tekućina. U članku ćemo sve to detaljno razmotriti uz pomoć vizualnih eksperimenata.
Prenosi li se tlak tekućine
Uzmimo cilindričnu posudu, koja je odozgo hermetički zatvorena klipom. Unutra je tekućina, a na klipu je uteg. Vrši pritisak silom jednakom njegovoj težini. Taj se tlak prenosi na tekućinu. Njegove molekule, za razliku od čestica čvrstog tijela, mogu se slobodno kretati jedna u odnosu na drugu. U njihovom rasporedu nema strogog reda, oni su nasumično razbacani.
Poznavanje značajkigibanje čestica različitih tvari u budućnosti će nam pomoći razumjeti Pascalov zakon za tekućine i plinove. Kako će se ponašati molekule tekućine ako na njih djelujemo silom pritiska utega? Iskustvo će nam pomoći da odgovorimo na ovo pitanje.
Kako se tekućina ponaša pod pritiskom
Model tekućine bit će staklene perle, a model posude kutija bez poklopca. Kuglice, kao i čestice tekuće tvari, slobodno se kreću u posudama. Uzmite bilo koji predmet koji je iste širine kao i širina kutije. Imitirati će klip.
Pritisnite klip na tekućinu. Kako se ponašaju njegove molekule? Vidimo da pritišću i dno posude i njene stijenke. Guraju se i pokušavaju ispasti iz kutije. Da je to prava tekućina, onda bi imala tendenciju prskanja iz posude. Kasnije, proučavajući Pascalov zakon za tekućine i plinove, to ćemo vidjeti u praksi. Zbog činjenice da se molekule slobodno kreću, pritisak koji vrši težina prenosi se i na strane i na dolje. A što se događa ako tekućinu zamijenite plinom?
Kako se zrak ponaša pod pritiskom
Recimo da imamo cilindar s klipom ispunjenim zrakom. Stavite uteg na vrh klipa. Kako se prenosi tlak na plin? Kako se klip pomiče prema dolje, udaljenost između molekula na vrhu plina se smanjuje, ali ne zadugo. Brzina molekula plina je stotine metara u sekundi. Udaljenost između njih je mnogo veća od njihove veličine. Kreću se u nasumičnim smjerovima i sudaraju se jedni s drugima.
Kada klippada, čestice se jednostavno zaključavaju u manji volumen. Kao rezultat toga, češće udaraju u stijenke posude, a kako se volumen plina smanjuje, njegov tlak se povećava. Ovaj postulat se mora zapamtiti kako bi kasnije bilo lakše razumjeti Pascalov zakon za tekućine i plinove. Broj otkucaja u sekundi po kvadratnom centimetru gotovo je isti. To znači da se pritisak koji klip proizvodi prenosi u svim smjerovima bez promjene.
Pritisak pritiska u različitim smjerovima
Pascalov zakon, prijenos tlaka tekućinama i plinovima ne može se razumjeti ako se ne razumije jedna neobičnost: kako to da pritišćemo, a pritisak se prenosi i dolje i na strane? Ali što ako je cijev pričvršćena na cilindar, hoće li se tlak prenositi prema gore kroz nju? Eksperimentirajmo.
Uzmite dvije šprice napunjene vodom i povežite ih cijevi. Promatrajmo kako će tekućina koja se nalazi u štrcaljkama prenijeti pritisak. Pritisnite klip jedne štrcaljke. Sila pritiska na klip, a time i na tekućinu, usmjerena je prema dolje. Međutim, vidimo da se klip druge šprice podiže. Ispada da pritisak, koji se prenosi kroz cijev, mijenja smjer sile. Zanimljivo je da se šprice mogu postaviti ne samo okomito, već i pod pravim kutom jedna prema drugoj. Rezultat će biti isti.
Izlijte vodu i u špricama će biti zraka. Ponovimo iskustvo. Tijekom pokusa vidjet ćemo da plin također prenosi tlak u svim smjerovima. Postoji samo jedna razlika s tekućinom. Ako spustite klip jedneštrcaljku prema dolje i fiksirajte je prstom, a zatim kada pritisnete klip druge šprice, plin će se stisnuti. Njegov volumen će se smanjiti za oko dva puta, a klip će nastojati odskočiti prema gore. Ovaj plin, nastojeći povećati svoj volumen, uzrokuje pomicanje klipa prema gore. S tekućinom bi bilo drugačije, ne bi je bilo moguće tako lako komprimirati.
Pascalov zakon
Proučavat ćemo prijenos tlaka tekućinama i plinovima uz pomoć iskustva. Izumio ga je francuski fizičar Blaise Pascal. Uzmite šuplju kuglu na koju je pričvršćena staklena cijev. U različitim dijelovima lopte (gornji, bočni, donji) postoje male rupe. Unutar cijevi je postavljen klip. Ovo je poseban uređaj za demonstriranje Pascalovog zakona.
Napunite balon kroz cijev vodom da vidite kako se ponaša. Iako gravitacija djeluje na lopticu od vrha do dna, mlazovi vode teku iz rupa lopte pod kutom, u stranu, pa čak i prema gore. Naravno, malo odstupaju od svog izvornog smjera, jer na njih djeluje gravitacija. Vidimo da se pritisak na vodu prenosi u svim smjerovima.
Ako umjesto vode uzmemo dim i napravimo ovaj pokus, promatrat ćemo prijenos tlaka u plinu vlastitim očima, jer je dim plin obojen sitnim česticama čađe ili katrana. Zbog činjenice da je vrlo lagan, na njega neće toliko utjecati gravitacija, neće odstupiti od prvobitnog položaja koliko i vodeni tokovi. Možemo zaključiti ovo: izvršeni pritisakna tekućinu ili plin, prenosi se, bez promjene sile, na bilo koju točku tekućine i plina u svim smjerovima. Ovo je Pascalov zakon za tekućine i plinove. Formula: P=F/S gdje je P tlak. Jednaka je omjeru sile F i površine S, na koju djeluje okomito.
