A 17. század híres francia filozófusa, matematikusa és fizikusa, Blaise Pascal jelentős mértékben hozzájárult a modern tudomány fejlődéséhez. Egyik fő eredménye az úgynevezett Pascal-törvény megfogalmazása volt, amely a folyékony anyagok tulajdonságaival és az általuk létrehozott nyomással függ össze. Nézzük meg közelebbről ezt a törvényt.
A tudós rövid életrajza
Blaise Pascal 1623. június 19-én született a franciaországi Clermont-Ferrandban. Apja adóbeszedési alelnök és matematikus volt, édesanyja pedig a polgári osztályhoz tartozott. Pascal fiatal korától kezdve érdeklődni kezdett a matematika, a fizika, az irodalom, a nyelvek és a vallási tanítások iránt. Feltalált egy mechanikus számológépet, amely képes összeadást és kivonást végezni. Sok időt töltött a folyékony testek fizikai tulajdonságainak tanulmányozásával, valamint a nyomás és a vákuum fogalmának kidolgozásával. A tudós egyik fontos felfedezése a nevét viselő elv – Pascal törvénye – volt. Blaise Pascal 1662-ben h alt meg Párizsban lábbénulás következtében – ez a betegségaki 1646-tól kísérte.
Nyomás koncepció
Mielőtt megvizsgálnánk a Pascal-törvényt, foglalkozzunk egy olyan fizikai mennyiséggel, mint a nyomás. Ez egy skaláris fizikai mennyiség, amely az adott felületre ható erőt jelöli. Amikor egy F erő elkezd hatni egy rá merőleges A területű felületre, akkor a P nyomást a következő képlettel számítjuk ki: P=F / A. A nyomást az SI nemzetközi mértékegységrendszerben mérik pascalban (1 Pa=1 N/m2), vagyis Blaise Pascal tiszteletére, aki számos művét szentelte a nyomás kérdése.
Ha az F erő nem merőlegesen, hanem valamilyen α szögben hat egy adott A felületre, akkor a nyomás kifejezése a következő formában lesz: P=Fsin(α)/A, ebben az esetben Fsin(α) az F erőnek az A felületre merőleges összetevője.
Pascal törvénye
A fizikában ez a törvény a következőképpen fogalmazható meg:
A nem deformálódó falú edényben egyensúlyban lévő, gyakorlatilag összenyomhatatlan folyékony anyagra gyakorolt nyomás minden irányban azonos intenzitással továbbítódik.
Ennek a törvénynek a helyességét a következőképpen ellenőrizheti: ki kell venni egy üreges gömböt, különböző helyeken lyukakat kell rajta készíteni, dugattyúval kell ellátni és meg kell tölteni vízzel. Most, ha nyomást gyakorol a vízre a dugattyúval, láthatja, hogyan ömlik ki az összes lyukból azonos sebességgel, ami azt jelenti, hogy a víznyomás minden lyuk területén azonos.
Folyadékok és gázok
A Pascal törvénye folyékony anyagokra van megfogalmazva. A folyadékok és gázok ebbe a fogalom alá tartoznak. A gázokkal ellentétben azonban a folyadékot alkotó molekulák egymáshoz közel helyezkednek el, ami miatt a folyadékok olyan tulajdonsággal rendelkeznek, mint az összenyomhatatlanság.
A folyadék összenyomhatatlanságának tulajdonsága miatt, amikor egy bizonyos térfogatban véges nyomás jön létre, az intenzitásvesztés nélkül minden irányba továbbítódik. Pontosan erről szól a Pascal-elv, amely nemcsak folyadékokra, hanem összenyomhatatlan anyagokra is vonatkozik.
A „gáznyomás és a Pascal-törvény” kérdését tekintve ennek fényében azt kell mondani, hogy a gázok, a folyadékokkal ellentétben, könnyen összenyomhatók anélkül, hogy megtartanák a térfogatot. Ez oda vezet, hogy ha egy bizonyos térfogatú gázra külső nyomást fejtenek ki, akkor az is minden irányba és irányba továbbítódik, ugyanakkor veszít az intenzitásából, és minél erősebb, annál kisebb a sűrűség. a gázból.
Így a Pascal-elv csak folyékony közegekre érvényes.
Pascal elv és hidraulikus gép
A Pascal elvét különféle hidraulikus berendezésekben alkalmazzák. A Pascal-törvény használatához ezekben az eszközökben a következő képlet érvényes: P=P0+ρgh, itt P az a nyomás, amely a folyadékban h mélységben hat., ρ - a folyadék sűrűsége, P0 a folyadék felületére kifejtett nyomás, g (9, 81m/s2) - szabadesési gyorsulás bolygónk felszíne közelében.
A hidraulikus gép működési elve a következő: két különböző átmérőjű henger kapcsolódik egymáshoz. Ez az összetett edény meg van töltve valamilyen folyadékkal, például olajjal vagy vízzel. Mindegyik henger dugattyúval van ellátva, így nem marad levegő a henger és az edényben lévő folyadék felülete között.
Tegyük fel, hogy egy bizonyos F1 erő hat egy kisebb keresztmetszetű henger dugattyújára, majd nyomást hoz létre P1 =F 1/A1. Pascal törvénye szerint a P1 nyomás azonnal átkerül a folyadék belsejében lévő tér minden pontjára a fenti képletnek megfelelően. Ennek eredményeként a P1 nyomás F2=P1 A 2=F1A2/A1. Az F2 erő az F1 erővel ellentétes irányba fog irányulni, vagyis hajlamos felfelé tolni a dugattyút, miközben nagyobb lesz, mint az F1 erő pontosan annyi, ahányszor a gép hengereinek keresztmetszete eltér.
Így a Pascal-törvény lehetővé teszi, hogy kis kiegyenlítő erőkkel nagy terheket emeljünk fel, ami egyfajta Arkhimédész karja.
A Pascal-elv egyéb alkalmazásai
A figyelembe vett törvényt nem csak a hidraulikus gépeknél alkalmazzák, hanem megtaláljákszélesebb körű alkalmazása. Az alábbiakban példákat láthatunk olyan rendszerekre és eszközökre, amelyek működése lehetetlen lenne, ha a Pascal-törvény nem lenne érvényes:
- Az autók fékrendszerében és a jól ismert blokkolásgátló ABS rendszerben, amely megakadályozza az autó kerekeinek blokkolását fékezés közben, ami segít elkerülni a jármű megcsúszását és megcsúszását. Ezenkívül az ABS rendszer lehetővé teszi, hogy a vezető megtartsa uralmát a jármű felett, amikor az utóbbi vészfékezést hajt végre.
- Bármilyen típusú hűtőszekrényben és hűtőrendszerben, ahol a munkaanyag folyékony anyag (freon).
