Paskalio dėsnis skysčiams ir dujoms sako, kad slėgis, sklindantis medžiagoje, nekeičia jos stiprumo ir perduodamas visomis kryptimis vienodai. Skystos ir dujinės medžiagos veikia esant slėgiui su tam tikrais skirtumais. Skirtumas atsiranda dėl dalelių elgesio ir dujų bei skysčių svorio. Straipsnyje visa tai išsamiai apsvarstysime pasitelkę vaizdinius eksperimentus.
Ar perduodamas skysčio slėgis
Paimkime cilindrinį indą, kuris iš viršaus hermetiškai uždaromas stūmokliu. Viduje yra skysčio, o ant stūmoklio yra svoris. Jis daro spaudimą jėga, lygia jos svoriui. Šis slėgis perduodamas skysčiui. Jo molekulės, skirtingai nei kieto kūno dalelės, gali laisvai judėti viena kitos atžvilgiu. Jų išdėstyme nėra griežtos tvarkos, jie išsibarstę atsitiktinai.
Ypatybių išmanymasskirtingų medžiagų dalelių judėjimas ateityje padės suprasti Paskalio dėsnį skysčiams ir dujoms. Kaip elgsis skysčio molekulės, jei jas veiksme svorio spaudimo jėga? Patirtis padės mums atsakyti į šį klausimą.
Kaip skystis veikia esant slėgiui
Skysčio modelis bus stiklo karoliukai, o indo modelis bus dėžutė be dangčio. Kamuoliai, taip pat skystos medžiagos dalelės, laisvai juda konteineriuose. Paimkite bet kokį daiktą, kurio plotis yra toks pat kaip dėžutės plotis. Jis imituos stūmoklį.
Stumkite stūmoklį ant skysčio. Kaip elgiasi jo molekulės? Matome, kad jie spaudžia ir indo dugną, ir jo sieneles. Jie stumia vienas kitą ir bando iškristi iš dėžės. Jei tai būtų tikras skystis, jis būtų linkęs išsitaškyti iš indo. Vėliau, studijuodami Paskalio dėsnį skysčiams ir dujoms, tai pamatysime praktiškai. Dėl to, kad molekulės juda laisvai, svorio daromas slėgis perduodamas ir į šonus, ir į apačią. O kas atsitiks, jei skystį pakeisite dujomis?
Kaip oras veikia esant slėgiui
Tarkime, kad turime cilindrą su stūmokliu, pripildytu oro. Ant stūmoklio viršaus uždėkite svarelį. Kaip perduodamas slėgis dujoms? Stūmokliui judant žemyn, atstumas tarp molekulių dujų viršuje mažėja, bet neilgam. Dujų molekulių greitis yra šimtai metrų per sekundę. Atstumas tarp jų yra daug didesnis nei jų dydis. Jie juda atsitiktinėmis kryptimis ir susiduria vienas su kitu.
Kai stūmoklisnukrenta, dalelės tiesiog užsifiksuoja mažesniame tūryje. Dėl to jos dažniau atsitrenkia į indo sieneles, o mažėjant dujų tūriui didėja jų slėgis. Šį postulatą reikia atsiminti, kad vėliau būtų lengviau suprasti Paskalio dėsnį skysčiams ir dujoms. Kvadratiniame centimetre dūžių skaičius per sekundę yra beveik toks pat. Tai reiškia, kad stūmoklio sukuriamas slėgis perduodamas visomis kryptimis nesikeičiant.
Slėgio perdavimas skirtingomis kryptimis
Paskalio dėsnis, slėgio perdavimo skysčiais ir dujomis negalima suprasti, jei nesuvokiate vienos keistenybės: kaip yra, kad spaudžiame žemyn, o slėgis perduodamas ir žemyn, ir į šonus? Bet ką daryti, jei prie cilindro yra pritvirtintas vamzdis, ar per jį slėgis bus perduodamas aukštyn? Eksperimentuokime.
Paimkite du vandens pripildytus švirkštus ir sujunkite juos vamzdeliu. Stebėkime, kaip slėgį perduos skystis, kuris yra švirkštuose. Paspauskite vieno švirkšto stūmoklį. Stūmoklio, taigi ir skysčio, slėgio jėga nukreipta žemyn. Tačiau matome, kad antrojo švirkšto stūmoklis pakyla. Pasirodo, kad slėgis, perduodamas per vamzdelį, keičia jėgos kryptį. Įdomu tai, kad švirkštus galima dėti ne tik vertikaliai, bet ir stačiu kampu vienas kito atžvilgiu. Rezultatas bus toks pat.
Išpilkite vandenį ir švirkštuose bus oro. Pakartokime patirtį. Eksperimento metu pamatysime, kad dujos taip pat perduoda slėgį visomis kryptimis. Su skysčiu yra tik vienas skirtumas. Jei nuleisite vieno stūmoklįšvirkštą žemyn ir pritvirtinkite pirštu, tada paspaudus kito švirkšto stūmoklį, dujos susispaus. Jo tūris sumažės maždaug du kartus, o stūmoklis stengsis atšokti aukštyn. Šios dujos, siekdamos padidinti savo tūrį, priverčia stūmoklį judėti aukštyn. Su skysčiu būtų kitaip, taip lengvai suspausti nepavyktų.
Paskalio dėsnis
Patirties pagalba tirsime slėgio perdavimą skysčiais ir dujomis. Jį išrado prancūzų fizikas Blaise'as Pascalis. Paimkite tuščiavidurį rutulį, prie kurio pritvirtintas stiklinis vamzdis. Skirtingose rutulio dalyse (viršuje, šone, apačioje) yra mažos skylutės. Vamzdžio viduje įdedamas stūmoklis. Tai specialus prietaisas, skirtas Paskalio dėsniui parodyti.
Pripildykite balioną per vamzdelį vandens, kad pamatytumėte, kaip jis elgiasi. Nors gravitacija veikia kamuolį iš viršaus į apačią, vandens lašeliai iš rutulio skylučių teka kampu, į šoną ir net aukštyn. Žinoma, jie šiek tiek nukrypsta nuo pradinės krypties, nes juos veikia gravitacija. Matome, kad vandens slėgis perduodamas visomis kryptimis.
Jei vietoj vandens imsime dūmus ir atliksime šį eksperimentą, savo akimis stebėsime slėgio perdavimą dujose, nes dūmai yra dujos, nuspalvintos mažomis suodžių ar dervos dalelėmis. Dėl to, kad jis yra labai lengvas, jo ne taip stipriai paveiks gravitacija, jis nenukryps nuo pradinės padėties tiek, kiek vandens srovės. Galime daryti tokią išvadą: daromas spaudimasant skysčio ar dujų, nekeičiant jėgos perduodamas į bet kurį skysčio ir dujų tašką visomis kryptimis. Tai yra Paskalio dėsnis skysčiams ir dujoms. Formulė: P=F/S čia P yra slėgis. Ji lygi jėgos F santykiui su plotu S, kurį ji veikia statmenai.
