A Pascal-törvény folyadékokra és gázokra azt mondja, hogy az anyagban terjedő nyomás nem változtatja meg az erősségét, és minden irányban egyformán terjed. A folyékony és gáznemű anyagok nyomás alatt bizonyos eltérésekkel viselkednek. A különbség a részecskék viselkedéséből, valamint a gázok és folyadékok tömegéből adódik. A cikkben mindezt részletesen megvizsgáljuk vizuális kísérletek segítségével.
A folyadéknyomás továbbítódik
Vegyünk egy hengeres edényt, amelyet felülről egy dugattyú hermetikusan lezár. A belsejében folyadék van, a dugattyún pedig súly van. Súlyával megegyező erővel fejt ki nyomást. Ez a nyomás átkerül a folyadékra. Molekulái, ellentétben a szilárd test részecskéivel, szabadon mozoghatnak egymáshoz képest. Elrendezésükben nincs szigorú rend, véletlenszerűen vannak szétszórva.
A funkciók ismeretea különböző anyagok részecskéinek mozgása a jövőben segít megérteni Pascal folyadékokra és gázokra vonatkozó törvényét. Hogyan fognak viselkedni a folyékony molekulák, ha a súly nyomó erejével hatnak rájuk? A tapasztalat segít megválaszolni ezt a kérdést.
Hogyan viselkedik a folyadék nyomás alatt
A folyadék modellje üveggyöngyök, az edény modellje pedig egy fedél nélküli doboz lesz. A golyók, valamint a folyékony anyag részecskéi szabadon mozognak a tartályokban. Vegyünk minden olyan elemet, amely megegyezik a doboz szélességével. Dugattyút fog utánozni.
Nyomja rá a dugattyút a folyadékra. Hogyan viselkednek a molekulái? Látjuk, hogy mind a tartály alját, mind a falait nyomják. Lökik egymást, és megpróbálnak kiesni a dobozból. Ha valódi folyadék lenne, akkor hajlamos lenne kifröccsenni az edényből. Később, amikor a Pascal-törvényt a folyadékokra és gázokra tanulmányozzuk, ezt a gyakorlatban is látni fogjuk. A molekulák szabad mozgásának köszönhetően a súly által kifejtett nyomás oldalra és lefelé is továbbítódik. És mi történik, ha a folyadékot gázra cseréli?
Hogyan viselkedik a levegő nyomás alatt
Tegyük fel, hogy van egy hengerünk, amelynek dugattyúja levegővel van feltöltve. Helyezzen súlyt a dugattyú tetejére. Hogyan továbbítják a gázra gyakorolt nyomást? Ahogy a dugattyú lefelé mozog, a gáz tetején lévő molekulák közötti távolság csökken, de nem sokáig. A gázmolekulák sebessége több száz méter másodpercenként. A köztük lévő távolság sokkal nagyobb, mint a méretük. Véletlenszerű irányban mozognak, és egymásnak ütköznek.
Amikor a dugattyúleesik, a részecskék egyszerűen kisebb térfogatban záródnak. Emiatt gyakrabban ütköznek az edény falába, és a gáz térfogatának csökkenésével a nyomása nő. Ezt a posztulátumot meg kell jegyezni, hogy később könnyebb legyen megérteni Pascal folyadékokra és gázokra vonatkozó törvényét. A másodpercenkénti ütések száma négyzetcentiméterenként közel azonos. Ez azt jelenti, hogy a dugattyú által keltett nyomás minden irányban változás nélkül továbbítódik.
Nyomásátvitel különböző irányokba
Pascal törvénye, a folyadékok és gázok nyomásátadása nem érthető meg, ha valaki nem ért egy furcsaságot: hogy van az, hogy lenyomjuk, és a nyomás lefelé és oldalra is átkerül? De mi van, ha egy cső van a hengerhez rögzítve, azon keresztül felfelé halad a nyomás? Kísérletezzünk.
Vegyen két vízzel töltött fecskendőt, és kösse össze őket egy csővel. Figyeljük meg, hogyan továbbítja a nyomást a fecskendőben lévő folyadék. Nyomja meg az egyik fecskendő dugattyúját. A dugattyúra és így a folyadékra ható nyomás lefelé irányul. Látjuk azonban, hogy a második fecskendő dugattyúja felemelkedik. Kiderült, hogy a csövön keresztül továbbított nyomás megváltoztatja az erő irányát. Érdekes módon a fecskendőket nem csak függőlegesen, hanem egymásra merőlegesen is el lehet helyezni. Az eredmény ugyanaz lesz.
Öntse ki a vizet, és levegő lesz a fecskendőkben. Ismételjük meg az élményt. A kísérlet során látni fogjuk, hogy a gáz minden irányba nyomást is továbbít. Csak egy különbség van a folyadékkal. Ha leengedi az egyik dugattyújátfecskendőt lefelé, és rögzítse az ujjával, majd amikor megnyomja egy másik fecskendő dugattyúját, a gáz összenyomódik. A térfogata körülbelül kétszeresére csökken, és a dugattyú igyekszik felfelé pattanni. Ez a gáz, amely a térfogatának növelésére törekszik, a dugattyút felfelé mozdítja el. Folyadékkal más lenne, nem lehetne ilyen könnyen összenyomni.
Pascal törvénye
Tapasztalat segítségével vizsgáljuk a folyadékok és gázok nyomásátadását. Blaise Pascal francia fizikus találta fel. Vegyünk egy üreges gömböt, amelyhez üvegcső van rögzítve. A labda különböző részein (felső, oldalsó, alsó) kis lyukak vannak. A cső belsejében egy dugattyú van elhelyezve. Ez egy speciális eszköz a Pascal-törvény bemutatására.
Töltsd meg a ballont a csövön keresztül vízzel, hogy lásd, hogyan viselkedik. Bár a gravitáció felülről lefelé hat a labdára, a labda lyukaiból ferdén, oldalra, sőt felfelé is kifolynak a vízcseppek. Természetesen kissé eltérnek eredeti irányuktól, mert a gravitáció hat rájuk. Látjuk, hogy a vízre gyakorolt nyomás minden irányban továbbítódik.
Ha víz helyett füstöt veszünk, és ezt a kísérletet elvégezzük, akkor saját szemünkkel figyeljük meg a nyomásátadást egy gázban, mert a füst egy kis korom- vagy kátrányszemcsékkel színezett gáz. Mivel nagyon könnyű, nem fogja annyira befolyásolni a gravitáció, nem tér el annyira az eredeti helyzetétől, mint a vízfolyások. Ebből következtethetünk: a kifejtett nyomásfolyadékon vagy gázon, az erő megváltoztatása nélkül, minden irányban a folyadék és a gáz bármely pontjára továbbítódik. Ez Pascal törvénye folyadékokra és gázokra. Képlet: P=F/S ahol P a nyomás. Ez egyenlő az F erő és az S terület arányával, amelyre merőlegesen hat.
