17. sajandi kuulus prantsuse filosoof, matemaatik ja füüsik Blaise Pascal andis olulise panuse kaasaegse teaduse arengusse. Üks tema peamisi saavutusi oli nn Pascali seaduse sõnastamine, mida seostatakse vedelate ainete omaduste ja nende poolt tekitatava rõhuga. Vaatame seda seadust lähem alt.
Teadlase lühike elulugu
Blaise Pascal sündis 19. juunil 1623 Prantsusmaal Clermont-Ferrandis. Tema isa oli maksukogumise asepresident ja matemaatik ning ema kuulus kodanlikku klassi. Alates noorusest hakkas Pascal üles näitama huvi matemaatika, füüsika, kirjanduse, keelte ja usuõpetuste vastu. Ta leiutas mehaanilise kalkulaatori, mis suudab liita ja lahutada. Ta veetis palju aega vedelate kehade füüsikaliste omaduste uurimisel, samuti rõhu ja vaakumi mõistete väljatöötamisel. Teadlase üheks oluliseks avastuseks oli põhimõte, mis kannab tema nime – Pascali seadus. Blaise Pascal suri 1662. aastal Pariisis jalgade halvatuse tõttu – haigus, miskes saatis teda aastast 1646.
Rõhu kontseptsioon
Enne Pascali seaduse käsitlemist käsitleme sellist füüsikalist suurust nagu rõhk. See on skalaarne füüsikaline suurus, mis tähistab jõudu, mis mõjub antud pinnale. Kui jõud F hakkab mõjuma sellega risti olevale pindala A pinnale, arvutatakse rõhk P järgmise valemi abil: P=F / A. Rõhku mõõdetakse rahvusvahelises mõõtühikute süsteemis SI paskalites (1 Pa=1 N/m2), see tähendab Blaise Pascali auks, kes pühendas paljud oma teosed surve küsimus.
Kui jõud F mõjub antud pinnale A mitte risti, vaid selle suhtes mingi nurga α all, siis on rõhu avaldis kujul: P=Fsin(α)/A, antud juhul Fsin(α) on jõu F ristkomponent pinnaga A.
Pascali seadus
Füüsikas saab selle seaduse sõnastada järgmiselt:
Praktiliselt kokkusurumatule vedelale ainele avaldatav rõhk, mis on tasakaalus mittedeformeeruvate seintega anumas, kandub kõikidesse suundadesse ühesuguse intensiivsusega.
Selle seaduse õigsust saate kontrollida järgmiselt: peate võtma õõnsa kera, tegema sellesse erinevatesse kohtadesse augud, varustama selle sfääriga kolviga ja täitma veega. Nüüd kolviga veele survet avaldades on näha, kuidas see kõikidest aukudest ühesuguse kiirusega välja voolab, mis tähendab, et vee rõhk iga augu piirkonnas on sama.
Vedelikud ja gaasid
Pascali seadus on sõnastatud vedelate ainete jaoks. Selle mõiste alla kuuluvad vedelikud ja gaasid. Erinev alt gaasidest paiknevad vedelikku moodustavad molekulid aga üksteise lähedal, mistõttu on vedelikel selline omadus nagu kokkusurumatus.
Vedeliku kokkusurumatuse omaduse tõttu kandub selle teatud ruumalasse lõplik rõhk edasi igas suunas ilma intensiivsust kaotamata. Täpselt selles seisnebki Pascali põhimõte, mis on sõnastatud mitte ainult vedeliku, vaid ka kokkusurumatute ainete jaoks.
Arvestades "gaasirõhu ja Pascali seaduse" küsimust, tuleks selles valguses öelda, et erinev alt vedelikest surutakse gaase kergesti kokku, ilma et nende maht säiliks. See toob kaasa asjaolu, et kui teatud kogusele gaasile avaldatakse välist rõhku, kandub see ka kõikides suundades ja suundades, kuid samal ajal kaotab see intensiivsuse ja selle kadu on seda tugevam, seda väiksem on tihedus. gaasist.
Seega kehtib Pascali põhimõte ainult vedela kandja puhul.
Pascali põhimõte ja hüdromasin
Pascali põhimõtet kasutatakse erinevates hüdroseadmetes. Pascali seaduse kasutamiseks nendes seadmetes kehtib järgmine valem: P=P0+ρgh, siin P on rõhk, mis toimib vedelikus sügavusel h, ρ - on vedeliku tihedus, P0 on vedeliku pinnale avaldatav rõhk, g (9, 81m/s2) – vabalangemise kiirendus meie planeedi pinna lähedal.
Hüdraulilise masina tööpõhimõte on järgmine: kaks erineva läbimõõduga silindrit on omavahel ühendatud. See keeruline anum on täidetud mõne vedelikuga, näiteks õli või veega. Iga silinder on varustatud kolviga, et silindri ja anumas oleva vedeliku pinna vahele ei jääks õhku.
Oletame, et teatud jõud F1 mõjub väiksema sektsiooniga silindri kolvile, siis tekitab see rõhu P1 =F 1/A1. Vastav alt Pascali seadusele kandub rõhk P1 vastav alt ül altoodud valemile koheselt kõikidesse vedeliku sees olevatesse ruumipunktidesse. Selle tulemusena tekib rõhk P1 jõuga F2=P1 A 2=F1A2/A1. Jõud F2 suunatakse jõule F1 vastupidiselt, see tähendab, et see kipub lükkama kolvi üles, samas kui see on suurem kui jõud F1 täpselt nii palju kordi, kui erineb masina silindrite ristlõikepindala.
Seega võimaldab Pascali seadus tõsta suuri koormusi väikeste tasakaalustavate jõududega, mis on omamoodi Archimedese hoob.
Muud Pascali põhimõtte rakendused
Vaatatavat seadust ei kasutata mitte ainult hüdraulilistes masinates, vaid ka leiablaiem rakendus. Allpool on toodud näited süsteemidest ja seadmetest, mille toimimine oleks võimatu, kui Pascali seadus ei kehtiks:
- Autode pidurisüsteemides ja tuntud mitteblokeeruvas ABS-süsteemis, mis hoiab ära auto rataste blokeerumise pidurdamisel, mis aitab vältida sõiduki libisemist ja libisemist. Lisaks võimaldab ABS-süsteem juhil säilitada kontrolli sõiduki üle, kui viimane teeb hädapidurduse.
- Iga tüüpi külmikutes ja jahutussüsteemides, mille tööaineks on vedel aine (freoon).
