قانون پاسکال برای مایعات و گازها می گوید فشاری که در یک ماده منتشر می شود قدرت آن را تغییر نمی دهد و در همه جهات به طور یکسان منتقل می شود. مواد مایع و گاز تحت فشار با تفاوت هایی رفتار می کنند. این تفاوت به دلیل رفتار ذرات و وزن گازها و مایعات است. در مقاله به کمک آزمایش های بصری همه اینها را به تفصیل در نظر خواهیم گرفت.
آیا فشار مایع منتقل می شود
بیایید یک ظرف استوانه ای را انتخاب کنیم که از بالا توسط یک پیستون مهر و موم شده است. داخل آن یک مایع وجود دارد و یک وزنه روی پیستون قرار دارد. با نیرویی برابر با وزن خود فشار وارد می کند. این فشار به سیال منتقل می شود. مولکول های آن، بر خلاف ذرات یک جسم جامد، می توانند آزادانه نسبت به یکدیگر حرکت کنند. ترتیب دقیقی در چیدمان آنها وجود ندارد، آنها به طور تصادفی پراکنده می شوند.
آشنایی با ویژگی هاحرکت ذرات مواد مختلف در آینده به ما در درک قانون پاسکال برای مایعات و گازها کمک می کند. اگر مولکول های مایع با نیروی فشار وزن بر روی آنها عمل کنیم چگونه رفتار خواهند کرد؟ تجربه به ما کمک می کند به این سوال پاسخ دهیم.
چگونه مایع تحت فشار رفتار می کند
مدل مایع دانه های شیشه ای و مدل ظرف جعبه بدون درب خواهد بود. توپ ها و همچنین ذرات یک ماده مایع آزادانه در ظروف حرکت می کنند. هر موردی را که به اندازه عرض جعبه است بردارید. این پیستون را تقلید می کند.
پیستون را روی مایع فشار دهید. مولکول های آن چگونه رفتار می کنند؟ می بینیم که هم کف ظرف را فشار می دهند و هم روی دیواره های آن. آنها یکدیگر را هل می دهند و سعی می کنند از جعبه بیفتند. اگر یک مایع واقعی بود، در آن صورت تمایل به پاشیدن به بیرون از ظرف داشت. بعداً هنگام مطالعه قانون پاسکال برای مایعات و گازها، در عمل شاهد این موضوع خواهیم بود. با توجه به اینکه مولکول ها آزادانه حرکت می کنند، فشار وارد شده توسط وزنه هم به طرفین و هم به پایین منتقل می شود. و اگر مایع را با گاز جایگزین کنید چه اتفاقی می‌افتد؟
چگونه هوا تحت فشار رفتار می کند
فرض کنید یک سیلندر با پیستون پر از هوا داریم. وزنه ای را روی پیستون قرار دهید. فشار وارده به گاز چگونه منتقل می شود؟ همانطور که پیستون به سمت پایین حرکت می کند، فاصله بین مولکول ها در بالای گاز کاهش می یابد، اما نه برای مدت طولانی. سرعت مولکول های گاز صدها متر در ثانیه است. فاصله بین آنها بسیار بیشتر از اندازه آنها است. آنها در جهت های تصادفی حرکت می کنند و با یکدیگر برخورد می کنند.
هنگامی که پیستونسقوط می کند، ذرات به سادگی در حجم کمتری قفل می شوند. در نتیجه، بیشتر به دیواره های ظرف برخورد می کنند و با کاهش حجم گاز، فشار آن افزایش می یابد. این فرض را باید به خاطر داشت تا بعداً درک قانون پاسکال برای مایعات و گازها آسان تر شود. تعداد ضربات در ثانیه در هر سانتی متر مربع تقریباً یکسان است. این بدان معنی است که فشاری که پیستون تولید می کند بدون تغییر در همه جهات منتقل می شود.
انتقال فشار در جهات مختلف
قانون پاسکال، انتقال فشار توسط مایعات و گازها را نمی توان فهمید اگر یک چیز عجیب و غریب را درک نکنیم: چگونه است که فشار می دهیم و فشار هم به پایین و هم به طرفین منتقل می شود؟ اما اگر لوله ای به سیلندر متصل شود، آیا فشار از طریق آن به سمت بالا منتقل می شود؟ بیایید آزمایش کنیم.
دو سرنگ پر از آب بردارید و آنها را با یک لوله وصل کنید. بیایید مشاهده کنیم که چگونه فشار توسط مایعی که در سرنگ ها است منتقل می شود. روی پیستون یک سرنگ فشار دهید. نیروی فشار روی پیستون و در نتیجه روی مایع به سمت پایین هدایت می شود. با این حال، می بینیم که پیستون سرنگ دوم بالا می رود. معلوم می شود که فشاری که از طریق لوله منتقل می شود، جهت نیرو را تغییر می دهد. جالب اینجاست که سرنگ ها را می توان نه تنها به صورت عمودی، بلکه در زوایای قائمه نسبت به یکدیگر قرار داد. نتیجه یکسان خواهد بود.
آب را بیرون بریزید تا هوا در سرنگ ها باشد. بیایید تجربه را تکرار کنیم. در جریان آزمایش خواهیم دید که گاز نیز فشار را در همه جهات منتقل می کند. فقط یک تفاوت با مایع وجود دارد. اگر پیستون یکی را پایین بیاوریدسرنگ را پایین آورده و با انگشت خود ثابت کنید، سپس وقتی پیستون سرنگ دیگری را فشار دهید، گاز فشرده می شود. حجم آن حدود دو برابر کاهش می یابد و پیستون تلاش می کند تا به سمت بالا پرش کند. این گاز به دنبال افزایش حجم خود باعث حرکت پیستون به سمت بالا می شود. با یک مایع متفاوت است، نمی توان آن را به این راحتی فشرده کرد.
قانون پاسکال
انتقال فشار توسط مایعات و گازها را با کمک تجربه مطالعه خواهیم کرد. این توسط فیزیکدان فرانسوی بلز پاسکال اختراع شد. یک کره توخالی را بردارید که یک لوله شیشه ای به آن وصل شده است. در قسمت های مختلف توپ (بالا، پهلو، پایین) سوراخ های کوچکی وجود دارد. یک پیستون در داخل لوله قرار می گیرد. این یک دستگاه ویژه برای نشان دادن قانون پاسکال است.
بادکنک را از طریق لوله با آب پر کنید تا ببینید چگونه رفتار می کند. اگرچه گرانش از بالا به پایین بر روی توپ تأثیر می گذارد، قطرات آب از سوراخ های توپ به صورت زاویه دار، به پهلو و حتی به سمت بالا جریان می یابد. البته کمی از جهت اصلی خود منحرف می شوند، زیرا جاذبه بر روی آنها اثر می گذارد. می بینیم که فشار وارد شده به آب در همه جهات منتقل می شود.
اگر به جای آب دود بگیریم و این آزمایش را انجام دهیم، انتقال فشار در گاز را با چشم خود مشاهده می کنیم، زیرا دود گازی است رنگی با ذرات ریز دوده یا قیر. به دلیل سبک بودن بسیار زیاد تحت تاثیر نیروی جاذبه قرار نمی گیرد، به اندازه نهرهای آب از موقعیت اولیه خود منحرف نمی شود. ما می توانیم این نتیجه را بگیریم: فشار اعمال شدهروی یک مایع یا گاز، بدون تغییر نیرو، به هر نقطه ای از مایع و گاز در همه جهات منتقل می شود. این قانون پاسکال برای مایعات و گازها است. فرمول: P=F/S که در آن P فشار است. برابر است با نسبت نیروی F به ناحیه S که به صورت عمود بر آن عمل می کند.
