Закон паскаля

Закон Паскаля - это принцип гидравлических подъемных и прижимных устройств.

Закон Паскаля (также принцип Паскаля ^{[1] [2] [3]} или принцип передачи давления жидкости ) - это принцип механики жидкости, данный Блезом Паскалем, который гласит, что изменение давления в любой точке в ограниченной несжимаемой жидкости является передается по жидкости, так что одинаковые изменения происходят повсюду. ^[4] Закон был установлен французским математиком Блезом Паскалем в 1653 году и опубликован в 1663 году. ^{[5] [6]}

Определение [ править ]

Этот раздел может потребовать очистки для соответствия стандартам качества Википедии . Конкретная проблема заключается в следующем: два приведенных определения могут не быть эквивалентными и, возможно, нуждаются в улучшении, см. Обсуждение  на странице обсуждения для получения дополнительных сведений. Пожалуйста, помогите улучшить этот раздел, если можете. ( Март 2021 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Принцип Паскаля определяется как

Изменение давления в любой точке замкнутой жидкости в состоянии покоя передается без уменьшения во все точки в жидкости.

Давление, оказываемое на жидкость в закрытом контейнере, передается одинаково и без уменьшения на все части контейнера и действует под прямым углом к ​​ограждающим стенкам.

Альтернативное определение: давление, приложенное к любой части заключенной жидкости, будет передаваться через жидкость одинаково во всех направлениях.

Математически этот принцип формулируется как:

${\ Displaystyle \ Delta p = \ rho g \ cdot \ Delta h \,}$

${\ displaystyle \ Delta p}$- гидростатическое давление (дано в паскалях в системе СИ ) или разность давлений в двух точках внутри столба жидкости, обусловленная весом жидкости;

ρ - плотность жидкости (в килограммах на кубический метр в системе СИ);

g - ускорение свободного падения (обычно используется ускорение на уровне моря под действием силы тяжести Земли , в метрах в секунду в квадрате );

${\ displaystyle \ Delta h}$ - высота жидкости над точкой измерения или разница в высоте между двумя точками в пределах столба жидкости (в метрах).

Интуитивно понятное объяснение этой формулы состоит в том, что изменение давления между двумя отметками происходит из-за веса жидкости между отметками. В качестве альтернативы результат можно интерпретировать как изменение давления, вызванное изменением потенциальной энергии на единицу объема жидкости из-за существования гравитационного поля. ^{[ требуется дополнительное пояснение ]} Обратите внимание, что изменение высоты не зависит от каких-либо дополнительных давлений. Следовательно, закон Паскаля можно интерпретировать как утверждающий, что любое изменение давления, приложенного в любой заданной точке жидкости, передается в неизменном виде по жидкости.

Формула является частным случаем уравнений Навье – Стокса без членов инерции и вязкости . ^[7]

Объяснение [ править ]

Если U-образная трубка заполнена водой и поршни размещены на каждом конце, давление, оказываемое на левый поршень, будет передаваться через жидкость и на нижнюю часть правого поршня. (Поршни - это просто «заглушки», которые могут свободно, но плотно скользить внутри трубы.) Давление, которое левый поршень оказывает на воду, будет точно равно давлению, которое вода оказывает на правый поршень. Предположим, что трубка с правой стороны сделана шире и используется поршень большей площади; например, поршень справа имеет в 50 раз больше площади поршня слева. Если на левый поршень прикладывается нагрузка 1 Н, дополнительное давление из-за веса груза передается по жидкости и направляется на больший поршень. Разница между силой и давлениемважно: дополнительное давление действует на всю площадь большего поршня. Так как площадь в 50 раз больше, на поршень большего размера оказывается в 50 раз больше силы. Таким образом, больший поршень будет выдерживать нагрузку 50 Н - в пятьдесят раз больше нагрузки на меньший поршень.

С помощью такого устройства можно приумножить силы. Один входящий ньютон дает выход 50 ньютон. За счет дальнейшего увеличения площади большего поршня (или уменьшения площади меньшего поршня) силы могут быть увеличены, в принципе, на любую величину. Принцип Паскаля лежит в основе работы гидравлического пресса . Гидравлический пресс не нарушает энергосбережения, потому что уменьшение перемещаемого расстояния компенсирует увеличение силы. Когда маленький поршень перемещается вниз на 100 сантиметров, большой поршень поднимается только на одну пятидесятую этого значения, или на 2 сантиметра. Входная сила, умноженная на расстояние, пройденное меньшим поршнем, равна выходной силе, умноженной на расстояние, пройденное большим поршнем; это еще один пример простой машины, работающей по тому же принципу, что и механический рычаг .

Типичное применение принципа Паскаля для газов и жидкостей - автомобильный подъемник, который можно увидеть на многих станциях технического обслуживания ( гидравлический домкрат ). Повышенное давление воздуха, создаваемое воздушным компрессором, передается через воздух на поверхность масла в подземном резервуаре. Масло, в свою очередь, передает давление на поршень, который поднимает автомобиль. Относительно низкое давление, которое оказывает подъемную силу на поршень, примерно такое же, как давление воздуха в автомобильных шинах. Гидравлика используется в современных устройствах, от очень маленьких до огромных. Например, гидравлические поршни есть почти во всех строительных машинах, где задействованы большие нагрузки.

Бочка Паскаля [ править ]

Бочка Паскаля - это название гидростатического эксперимента, предположительно проведенного Блезом Паскалем в 1646 году. ^[8] В эксперименте Паскаль предположительно вставил длинную вертикальную трубку в бочку, наполненную водой. Когда вода заливалась в вертикальную трубу, увеличение гидростатического давления приводило к разрыву ствола. ^[8]

Этот эксперимент нигде не упоминается в сохранившихся произведениях Паскаля, и он может быть апокрифом, приписываемым ему французскими авторами 19-го века, среди которых эксперимент известен как crève-tonneau (прим .: «бочонок»); ^[9] тем не менее эксперимент по-прежнему ассоциируется с Паскалем во многих учебниках элементарной физики. ^[10]

Приложения [ править ]

• В основе принципа гидравлического домкрата и гидравлического пресса .
• Усиление тормозной системы большинства автомобилей.
• Используется в артезианских колодцах, водонапорных башнях и плотинах .
• Аквалангисты должны понимать этот принцип. На глубине 10 метров под водой давление вдвое превышает атмосферное давление на уровне моря и увеличивается примерно на 100 кПа с каждым увеличением глубины на 10 метров. ^[11]
• Обычно правило Паскаля применяется к ограниченному пространству (статический поток), но из-за процесса непрерывного потока принцип Паскаля может быть применен к механизму подъемного масла (который может быть представлен как U-образная трубка с поршнями на обоих концах).

См. Также [ править ]

• Статика жидкости
• Вклад Паскаля в физические науки

Ссылки [ править ]