فیلسوف، ریاضیدان و فیزیکدان مشهور فرانسوی قرن هفدهم بلز پاسکال سهم مهمی در توسعه علم مدرن داشت. یکی از دستاوردهای اصلی او تدوین قانون به اصطلاح پاسکال بود که با خاصیت مواد سیال و فشار ایجاد شده توسط آنها مرتبط است. بیایید نگاهی دقیق تر به این قانون بیندازیم.
بیوگرافی کوتاه دانشمند
بلز پاسکال در 19 ژوئن 1623 در کلرمون-فران فرانسه به دنیا آمد. پدرش معاون اخذ مالیات و ریاضیدان بود و مادرش از طبقه بورژوا بود. پاسکال از سنین جوانی به ریاضیات، فیزیک، ادبیات، زبان ها و آموزه های دینی علاقه نشان داد. او یک ماشین حساب مکانیکی اختراع کرد که می توانست جمع و تفریق را انجام دهد. او زمان زیادی را صرف مطالعه خواص فیزیکی اجسام سیال و همچنین توسعه مفاهیم فشار و خلاء کرد. یکی از اکتشافات مهم این دانشمند، اصل نام او - قانون پاسکال بود. بلز پاسکال در سال 1662 در پاریس به دلیل فلج پاها درگذشت - بیماری کهکه از سال 1646 او را همراهی کرد.
مفهوم فشار
قبل از در نظر گرفتن قانون پاسکال، بیایید به کمیت فیزیکی مانند فشار بپردازیم. این یک کمیت فیزیکی اسکالر است که بیانگر نیرویی است که بر روی یک سطح معین اثر می کند. هنگامی که نیروی F بر روی سطحی از سطح A عمود بر آن شروع به اعمال می کند، فشار P با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود: P=F / A. فشار در سیستم بین‌المللی واحدهای SI بر حسب پاسکال اندازه‌گیری می‌شود (1 Pa=1 N/m2)، یعنی به افتخار بلز پاسکال، که بسیاری از کارهای خود را به مسئله فشار.
اگر نیروی F بر روی سطح معین A نه عمود بر آن، بلکه در یک زاویه α نسبت به آن عمل کند، در این مورد، عبارت فشار به شکل زیر در می آید: P=Fsin(α)/A، در این مورد. Fsin(α) جزء عمود نیروی F به سطح A است.
قانون پاسکال
در فیزیک، این قانون را می توان به صورت زیر فرموله کرد:
فشار وارد شده به یک ماده سیال عملاً تراکم ناپذیر که در ظرفی با دیواره‌های غیرقابل تغییر شکل در تعادل است، با شدت یکسان در همه جهات منتقل می‌شود.
می توانید صحت این قانون را به صورت زیر بررسی کنید: باید یک کره توخالی بردارید، در جاهای مختلف آن را سوراخ کنید، این کره را با یک پیستون تامین کنید و آن را با آب پر کنید. حالا با وارد کردن فشار روی آب با پیستون می بینید که چطور از همه سوراخ ها با سرعت یکسان می ریزد، یعنی فشار آب در ناحیه هر سوراخ یکسان است.
مایعات و گازها
قانون پاسکال برای مواد مایع فرموله شده است. مایعات و گازها تحت این مفهوم قرار می گیرند. با این حال، برخلاف گازها، مولکول‌هایی که یک مایع را تشکیل می‌دهند، نزدیک به یکدیگر قرار دارند، که باعث می‌شود مایعات خاصیتی مانند تراکم‌ناپذیری داشته باشند.
به دلیل خاصیت تراکم ناپذیری یک مایع، وقتی فشار محدودی در حجم معینی از آن ایجاد می شود، بدون افت شدت به همه جهات منتقل می شود. این دقیقاً همان چیزی است که اصل پاسکال در مورد آن است که نه تنها برای مایعات، بلکه برای مواد تراکم ناپذیر نیز فرموله شده است.
با توجه به سؤال «فشار گاز و قانون پاسکال»، در این راستا، باید گفت که گازها، بر خلاف مایعات، به راحتی بدون حفظ حجم فشرده می شوند. این منجر به این واقعیت می شود که وقتی یک فشار خارجی به حجم معینی از گاز وارد می شود، در تمام جهات و جهات نیز منتقل می شود، اما در عین حال شدت آن را از دست می دهد و از دست دادن آن هر چه قوی تر باشد، چگالی کمتر خواهد بود. گاز.
بنابراین، اصل پاسکال فقط برای رسانه های مایع معتبر است.
ماشین هیدرولیک و اصل پاسکال
پاسکال در دستگاه های هیدرولیک مختلف استفاده می شود. برای استفاده از قانون پاسکال در این دستگاه ها، فرمول زیر معتبر است: P=P0+ρgh، در اینجا P فشاری است که در مایع در عمق h اعمال می شود. ، ρ - چگالی مایع است، P0 فشار اعمال شده به سطح مایع است، g (9، 81m/s2) - شتاب سقوط آزاد در نزدیکی سطح سیاره ما.
اصل عملکرد یک ماشین هیدرولیک به شرح زیر است: دو سیلندر که قطرهای متفاوتی دارند به یکدیگر متصل می شوند. این ظرف پیچیده با مقداری مایع مانند روغن یا آب پر شده است. هر سیلندر دارای یک پیستون است تا هوا بین سیلندر و سطح مایع در ظرف باقی نماند.
فرض کنید که نیروی معینی F1 بر روی پیستونی در سیلندر با بخش کوچکتر عمل می کند، سپس فشار ایجاد می کند P1 =F 1/A1. طبق قانون پاسکال، فشار P1 فوراً مطابق فرمول بالا به تمام نقاط فضای داخل مایع منتقل می شود. در نتیجه، فشار P1 با نیروی F2=P1 A 2=F1A2/A1. نیروی F2 مخالف نیروی F1 خواهد بود، یعنی تمایل دارد پیستون را به سمت بالا فشار دهد، در حالی که بیشتر از نیروی F1 دقیقاً به همان اندازه که سطح مقطع سیلندرهای دستگاه متفاوت است.
بنابراین، قانون پاسکال به شما اجازه می دهد بارهای بزرگ را با نیروهای متعادل کننده کوچک بلند کنید، که نوعی اهرم ارشمیدس است.
کاربردهای دیگر اصل پاسکال
قانون در نظر گرفته شده نه تنها در ماشین های هیدرولیک استفاده می شود، بلکه می یابدکاربرد گسترده تر در زیر نمونه‌هایی از سیستم‌ها و دستگاه‌هایی وجود دارد که اگر قانون پاسکال معتبر نبود، عملکرد آنها غیرممکن می‌شد:
- در سیستم ترمز خودروها و در سیستم معروف ضد قفل ABS که از مسدود شدن چرخ های خودرو در هنگام ترمزگیری جلوگیری می کند که به جلوگیری از لغزش و لیز خوردن خودرو کمک می کند. علاوه بر این، سیستم ABS به راننده این امکان را می دهد که کنترل خودرو را زمانی که خودرو ترمز اضطراری انجام می دهد، حفظ کند.
- در هر نوع یخچال و سیستم خنک کننده ای که ماده کار یک ماده مایع (فریون) باشد.
