Pascalov zakon: formula, formulacija i primjena

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-02 17:48

Čuveni francuski filozof, matematičar i fizičar iz 17. stoljeća Blaise Pascal dao je važan doprinos razvoju moderne znanosti. Jedno od njegovih glavnih postignuća bila je formulacija takozvanog Pascalovog zakona, koji je povezan sa svojstvom tekućih tvari i tlakom koji oni stvaraju. Pogledajmo pobliže ovaj zakon.

kratka biografija znanstvenika

Blaise Pascal rođen je 19. lipnja 1623. u Clermont-Ferrandu u Francuskoj. Otac mu je bio potpredsjednik za naplatu poreza i matematičar, a majka je pripadala građanskoj klasi. Pascal je od malih nogu počeo pokazivati zanimanje za matematiku, fiziku, književnost, jezike i vjerska učenja. Izumio je mehanički kalkulator koji je mogao izvoditi zbrajanje i oduzimanje. Proveo je puno vremena proučavajući fizička svojstva tekućih tijela, kao i razvijajući koncepte tlaka i vakuuma. Jedno od važnih otkrića znanstvenika bio je princip koji nosi njegovo ime - Pascalov zakon. Blaise Pascal umro je 1662. u Parizu zbog paralize nogu - bolesti koja jekoji ga je pratio od 1646.

koncept pritiska

Prije razmatranja Pascalovog zakona, pozabavimo se takvom fizičkom veličinom kao što je tlak. To je skalarna fizička veličina koja označava silu koja djeluje na danu površinu. Kada sila F počne djelovati na površinu površine A okomitu na nju, tada se tlak P izračunava pomoću sljedeće formule: P=F / A. Tlak se mjeri u Međunarodnom sustavu jedinica SI u paskalima (1 Pa=1 N/m2), odnosno u čast Blaisea Pascala, koji je mnoga svoja djela posvetio pitanje pritiska.

Ako sila F djeluje na datu površinu A ne okomito, već pod nekim kutom α na nju, tada će izraz za tlak imati oblik: P=Fsin(α)/A, u ovom slučaju Fsin(α) je okomita komponenta sile F na površinu A.

Pascalov zakon

U fizici se ovaj zakon može formulirati na sljedeći način:

Pritisak primijenjen na praktički nestlačivu fluidnu tvar, koja je u ravnoteži u posudi s nedeformabilnim stijenkama, prenosi se u svim smjerovima istim intenzitetom.

Možete provjeriti ispravnost ovog zakona na sljedeći način: trebate uzeti šuplju kuglu, napraviti rupe u njoj na raznim mjestima, opskrbiti ovu kuglu klipom i napuniti je vodom. Sada, pritiskom na vodu klipom, možete vidjeti kako ona izlijeva iz svih rupa istom brzinom, što znači da je tlak vode u području svake rupe isti.

Tekućine i plinovi

Pascalov zakon je formuliran za tekuće tvari. Tekućine i plinovi potpadaju pod ovaj koncept. Međutim, za razliku od plinova, molekule koje tvore tekućinu nalaze se blizu jedna drugoj, što uzrokuje da tekućine imaju takvo svojstvo kao što je nestišljivost.

Zbog svojstva nestlačivosti tekućine, kada se u određenom njezinom volumenu stvori konačni tlak, prenosi se u svim smjerovima bez gubitka intenziteta. Upravo o tome govori Pascalov princip, koji je formuliran ne samo za tekućine, već i za nestlačive tvari.

S obzirom na pitanje "tlaka plina i Pascalovog zakona", u tom svjetlu treba reći da se plinovi, za razliku od tekućina, lako komprimiraju bez zadržavanja volumena. To dovodi do činjenice da kada se vanjski pritisak primijeni na određeni volumen plina, on se također prenosi u svim smjerovima i smjerovima, ali istovremeno gubi na intenzitetu, a gubitak će biti jači što je gustoća manja. plina.

Dakle, Pascalov princip vrijedi samo za tekuće medije.

Pascal princip i hidraulički stroj

Pascalov princip se koristi u raznim hidrauličkim uređajima. Da bismo koristili Pascalov zakon u ovim uređajima, vrijedi sljedeća formula: P=P₀+ρgh, ovdje je P tlak koji djeluje u tekućini na dubini h, ρ - je gustoća tekućine, P₀ je pritisak primijenjen na površinu tekućine, g (9, 81m/s^{2) - ubrzanje slobodnog pada blizu površine našeg planeta.}

Princip rada hidrauličkog stroja je sljedeći: dva cilindra različitog promjera spojena su jedan na drugi. Ova složena posuda je napunjena nekom tekućinom, poput ulja ili vode. Svaki cilindar ima klip tako da ne ostaje zrak između cilindra i površine tekućine u posudi.

Pretpostavimo da određena sila F₁ djeluje na klip u cilindru manjeg presjeka, tada stvara pritisak P₁ =F 1_/A1_{. Prema Pascalovom zakonu, tlak P}1 _{odmah će se prenijeti na sve točke prostora unutar tekućine u skladu s gornjom formulom. Kao rezultat, pritisak P}1 _{sa silom F}2_=P1 _A 2_=F1_A2_/A1_{. Sila F}2 _{bit će usmjerena suprotno sili F}1_{, odnosno težit će guranju klipa prema gore, dok će biti veća od sila F}1 _{točno onoliko puta koliko se razlikuje površina poprečnog presjeka cilindara stroja.}

Dakle, Pascalov zakon omogućuje podizanje velikih tereta s malim silama ravnoteže, što je neka vrsta Arhimedove poluge.

Druge primjene Pascalovog principa

Razmatrani zakon se koristi ne samo u hidrauličkim strojevima, već i u nalazimašira primjena. Ispod su primjeri sustava i uređaja čiji bi rad bio nemoguć da Pascalov zakon nije valjan:

• U kočionim sustavima automobila i u poznatom ABS sustavu protiv blokiranja kotača, koji sprječava blokiranje kotača automobila tijekom kočenja, čime se izbjegava proklizavanje i proklizavanje vozila. Osim toga, ABS sustav omogućuje vozaču da zadrži kontrolu nad vozilom kada potonje izvrši kočenje u nuždi.
• U bilo kojoj vrsti hladnjaka i rashladnih sustava gdje je radna tvar tekuća tvar (freon).