Paskalio dėsnis: formulė, formulavimas ir taikymas

2024 Autorius: Angel Austin | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-02 17:51

Žymus XVII amžiaus prancūzų filosofas, matematikas ir fizikas Blaise'as Pascalis įnešė svarbų indėlį į šiuolaikinio mokslo raidą. Vienas pagrindinių jo laimėjimų buvo suformuluotas vadinamasis Paskalio dėsnis, kuris siejamas su skystų medžiagų savybėmis ir jų sukuriamu slėgiu. Pažvelkime į šį įstatymą atidžiau.

Trumpa mokslininko biografija

Blaise Pascal gimė 1623 m. birželio 19 d. Klermon Ferane, Prancūzijoje. Jo tėvas buvo mokesčių surinkimo viceprezidentas ir matematikas, o motina priklausė buržuazinei klasei. Nuo mažens Paskalis pradėjo domėtis matematika, fizika, literatūra, kalbomis ir religiniais mokymais. Jis išrado mechaninį skaičiuotuvą, galintį atlikti sudėjimą ir atimtį. Jis daug laiko praleido tyrinėdamas skysčių kūnų fizines savybes, taip pat kurdamas slėgio ir vakuumo sąvokas. Vienas iš svarbių mokslininko atradimų buvo jo vardu pavadintas principas – Paskalio dėsnis. Blaise'as Pascalis mirė 1662 m. Paryžiuje dėl kojų paralyžiaus – ligos, kurikuris jį lydėjo nuo 1646 m.

Slėgio koncepcija

Prieš svarstydami Paskalio dėsnį, panagrinėkime tokį fizikinį dydį kaip slėgis. Tai skaliarinis fizikinis dydis, nurodantis jėgą, kuri veikia tam tikrą paviršių. Kai jėga F pradeda veikti A ploto paviršių, statmeną jam, tada slėgis P apskaičiuojamas pagal šią formulę: P=F / A. Slėgis matuojamas pagal Tarptautinę vienetų sistemą SI paskaliais (1 Pa=1 N/m2), tai yra Blezo Paskalio garbei, kuris daug savo darbų skyrė spaudimo problema.

Jei jėga F veikia tam tikrą paviršių A ne statmenai, o tam tikru kampu α, tada slėgio išraiška bus tokia: P=Fsin(α)/A, šiuo atveju Fsin(α) yra statmenas jėgos F komponentas paviršiui A.

Paskalio dėsnis

Fizikoje šis dėsnis gali būti suformuluotas taip:

Slėgis, taikomas praktiškai nesuspaudžiamai skystai medžiagai, kuri yra pusiausvyroje inde su nedeformuojamomis sienelėmis, perduodamas visomis kryptimis vienodu intensyvumu.

Šio dėsnio teisingumą galite patikrinti taip: reikia paimti tuščiavidurį rutulį, padaryti joje skyles įvairiose vietose, tiekti šią sferą stūmokliu ir užpildyti vandeniu. Dabar, stūmokliu paspaudus vandenį, matosi, kaip jis iš visų angų liejasi tuo pačiu greičiu, vadinasi, vandens slėgis kiekvienos skylės srityje yra vienodas.

Skysčiai ir dujos

Paskalio dėsnis suformuluotas skystoms medžiagoms. Šiai sąvokai priskiriami skysčiai ir dujos. Tačiau skirtingai nuo dujų, skystį sudarančios molekulės yra arti viena kitos, todėl skysčiams būdinga tokia savybė kaip nesuspaudžiamumas.

Dėl skysčio nesuspaudžiamumo savybės, kai tam tikrame jo tūryje susidaro baigtinis slėgis, jis perduodamas visomis kryptimis neprarandant intensyvumo. Būtent apie tai ir yra Paskalio principas, kuris suformuluotas ne tik skysčiams, bet ir nesuspaudžiamoms medžiagoms.

Atsižvelgiant į „dujų slėgio ir Paskalio dėsnio“klausimą, reikėtų pasakyti, kad dujos, skirtingai nei skysčiai, lengvai suspaudžiamos neišlaikant tūrio. Tai veda prie to, kad kai tam tikram dujų kiekiui veikiamas išorinis slėgis, jis taip pat perduodamas visomis kryptimis ir kryptimis, tačiau tuo pačiu praranda intensyvumą, o jo praradimas bus kuo stipresnis, tuo mažesnis tankis. dujų.

Taigi Paskalio principas galioja tik skystoms terpėms.

Paskalio principas ir hidraulinė mašina

Paskalio principas naudojamas įvairiuose hidrauliniuose įrenginiuose. Norint šiuose įrenginiuose taikyti Paskalio dėsnį, galioja ši formulė: P=P₀+ρgh, čia P yra slėgis, veikiantis skystyje gylyje h, ρ – skysčio tankis, P₀ – skysčio paviršių veikiantis slėgis, g (9, 81m/s^{2) – laisvo kritimo pagreitis netoli mūsų planetos paviršiaus.}

Hidraulinės mašinos veikimo principas yra toks: du skirtingo skersmens cilindrai yra sujungti vienas su kitu. Šis sudėtingas indas užpildytas skysčiu, pavyzdžiui, aliejumi ar vandeniu. Kiekviename cilindre yra stūmoklis, kad tarp cilindro ir inde esančio skysčio paviršiaus neliktų oro.

Tarkime, kad tam tikra jėga F₁ veikia stūmoklį mažesnio skerspjūvio cilindre, tada sukuria slėgį P₁ =F 1_/A1_{. Pagal Paskalio dėsnį, slėgis P}1 _{bus akimirksniu perkeltas į visus skysčio viduje esančius erdvės taškus pagal aukščiau pateiktą formulę. Dėl to slėgis P}1 _{su jėga F}2_=P1 _A 2_=F1_A2_/A1_{. Jėga F}2 _{bus nukreipta priešinga jėgai F}1_{, tai yra, ji linkusi stumti stūmoklį aukštyn, nors ji bus didesnė nei jėga F}1 _{lygiai tiek kartų, kiek skiriasi mašinos cilindrų skerspjūvio plotas.}

Taigi Paskalio dėsnis leidžia pakelti didelius krovinius mažomis balansavimo jėgomis, o tai yra savotiška Archimedo svirtis.

Kiti Paskalio principo pritaikymai

Apsvarstytas dėsnis naudojamas ne tik hidraulinėse mašinose, bet ir randaplatesnis pritaikymas. Žemiau pateikiami sistemų ir įrenginių, kurių veikimas būtų neįmanomas, jei Paskalio dėsnis negaliotų, pavyzdžiai:

• Automobilių stabdžių sistemose ir gerai žinomoje antiblokavimo ABS sistemoje, kuri neleidžia automobilio ratams užsiblokuoti stabdant, o tai padeda išvengti transporto priemonės slydimo ir slydimo. Be to, ABS sistema leidžia vairuotojui išlaikyti transporto priemonės kontrolę, kai ši atlieka avarinį stabdymą.
• Bet kokio tipo šaldytuvuose ir aušinimo sistemose, kur darbinė medžiaga yra skysta medžiaga (freonas).