Hukum Pascal: formula, rumusan dan aplikasi

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-02 17:53

Ahli falsafah, ahli matematik dan fizik Perancis yang terkenal pada abad ke-17 Blaise Pascal memberikan sumbangan penting kepada perkembangan sains moden. Salah satu pencapaian utamanya ialah perumusan apa yang dipanggil undang-undang Pascal, yang dikaitkan dengan sifat bahan bendalir dan tekanan yang dicipta olehnya. Mari kita lihat lebih dekat undang-undang ini.

Biografi ringkas saintis

Blaise Pascal dilahirkan pada 19 Jun 1623 di Clermont-Ferrand, Perancis. Bapanya ialah naib presiden kutipan cukai dan seorang ahli matematik, dan ibunya tergolong dalam kelas borjuasi. Sejak usia muda, Pascal mula menunjukkan minat dalam matematik, fizik, sastera, bahasa, dan ajaran agama. Dia mencipta kalkulator mekanikal yang boleh melakukan penambahan dan penolakan. Dia menghabiskan banyak masa untuk mengkaji sifat fizikal badan bendalir, serta membangunkan konsep tekanan dan vakum. Salah satu penemuan penting saintis ialah prinsip yang membawa namanya - undang-undang Pascal. Blaise Pascal meninggal dunia pada tahun 1662 di Paris akibat lumpuh kaki - penyakit yangyang menemaninya dari 1646.

Konsep tekanan

Sebelum mempertimbangkan hukum Pascal, mari kita berurusan dengan kuantiti fizikal seperti tekanan. Ia adalah kuantiti fizik skalar yang menunjukkan daya yang bertindak pada permukaan tertentu. Apabila daya F mula bertindak pada permukaan kawasan A yang berserenjang dengannya, maka tekanan P dikira menggunakan formula berikut: P=F / A. Tekanan diukur dalam Sistem Antarabangsa Unit SI dalam pascal (1 Pa=1 N/m2), iaitu, sebagai penghormatan kepada Blaise Pascal, yang mengabdikan banyak karyanya untuk isu tekanan.

Jika daya F bertindak pada permukaan A tertentu tidak berserenjang, tetapi pada beberapa sudut α kepadanya, maka ungkapan untuk tekanan akan mengambil bentuk: P=Fsin(α)/A, dalam kes ini Fsin(α) ialah komponen serenjang bagi daya F ke permukaan A.

Undang-undang Pascal

Dalam fizik, undang-undang ini boleh dirumuskan seperti berikut:

Tekanan yang dikenakan pada bahan bendalir yang hampir tidak boleh mampat, yang berada dalam keseimbangan dalam bekas yang mempunyai dinding tidak boleh ubah bentuk, dihantar ke semua arah dengan keamatan yang sama.

Anda boleh mengesahkan ketepatan undang-undang ini seperti berikut: anda perlu mengambil sfera berongga, membuat lubang di dalamnya di pelbagai tempat, membekalkan sfera ini dengan omboh dan mengisinya dengan air. Sekarang, dengan menggunakan tekanan pada air dengan omboh, anda dapat melihat bagaimana ia mengalir keluar dari semua lubang pada kelajuan yang sama, yang bermaksud bahawa tekanan air di kawasan setiap lubang pantai adalah sama.

Cecair dan gas

Hukum Pascal dirumuskan untuk bahan cecair. Cecair dan gas berada di bawah konsep ini. Walau bagaimanapun, tidak seperti gas, molekul yang membentuk cecair terletak berdekatan antara satu sama lain, yang menyebabkan cecair mempunyai sifat seperti ketakmampatan.

Disebabkan sifat ketakmampatan cecair, apabila tekanan terhingga dicipta dalam isipadu tertentu, ia dihantar ke semua arah tanpa kehilangan keamatan. Inilah sebenarnya prinsip Pascal, yang dirumus bukan sahaja untuk bendalir, tetapi juga untuk bahan tidak boleh mampat.

Memandangkan persoalan "tekanan gas dan hukum Pascal," dalam pandangan ini, harus dikatakan bahawa gas, tidak seperti cecair, mudah dimampatkan tanpa mengekalkan isipadu. Ini membawa kepada fakta bahawa apabila tekanan luaran digunakan pada isipadu gas tertentu, ia juga dihantar ke semua arah dan arah, tetapi pada masa yang sama ia kehilangan keamatan, dan kehilangannya akan menjadi lebih kuat, semakin rendah ketumpatan. daripada gas.

Oleh itu, prinsip Pascal hanya sah untuk media cair.

Prinsip Pascal dan mesin hidraulik

Prinsip Pascal digunakan dalam pelbagai peranti hidraulik. Untuk menggunakan hukum Pascal dalam peranti ini, formula berikut adalah sah: P=P₀+ρgh, di sini P ialah tekanan yang bertindak dalam cecair pada kedalaman h, ρ - ialah ketumpatan cecair, P₀ ialah tekanan yang dikenakan pada permukaan cecair, g (9, 81m/s^{2) - pecutan jatuh bebas berhampiran permukaan planet kita.}

Prinsip pengendalian mesin hidraulik adalah seperti berikut: dua silinder yang mempunyai diameter berbeza disambungkan antara satu sama lain. Bekas kompleks ini diisi dengan beberapa cecair, seperti minyak atau air. Setiap silinder dibekalkan dengan omboh supaya tiada udara kekal di antara silinder dan permukaan cecair di dalam bekas.

Anggap bahawa daya tertentu F₁ bertindak pada omboh dalam silinder dengan bahagian yang lebih kecil, kemudian ia mewujudkan tekanan P₁ =F 1_/A1_{. Menurut undang-undang Pascal, tekanan P}1 _{akan segera dipindahkan ke semua titik ruang di dalam cecair mengikut formula di atas. Akibatnya, tekanan P}1 _{dengan daya F}2_=P1 _A 2_=F1_A2_/A1_{. Daya F}2 _{akan diarahkan bertentangan dengan daya F}1_{, iaitu, ia akan cenderung untuk menolak omboh ke atas, manakala ia akan lebih besar daripada daya F}1 _{sama banyak kali luas keratan rentas silinder mesin berbeza.}

Oleh itu, undang-undang Pascal membenarkan anda mengangkat beban besar dengan daya pengimbangan yang kecil, yang merupakan sejenis tuas Archimedes.

Aplikasi lain prinsip Pascal

Undang-undang yang dipertimbangkan digunakan bukan sahaja dalam mesin hidraulik, tetapi mencariaplikasi yang lebih luas. Di bawah ialah contoh sistem dan peranti yang operasinya mustahil jika undang-undang Pascal tidak sah:

• Dalam sistem brek kereta dan dalam sistem ABS anti-kunci yang terkenal, yang menghalang roda kereta daripada tersumbat semasa brek, yang membantu mengelak kenderaan tergelincir dan tergelincir. Selain itu, sistem ABS membolehkan pemandu mengekalkan kawalan kenderaan apabila pemandu melakukan brek kecemasan.
• Dalam sebarang jenis peti sejuk dan sistem penyejukan di mana bahan berfungsi ialah bahan cecair (freon).