Закон Паскаля: формула, формулювання і застосування
Опубликованно 20.09.2018 05:34
Знаменитий французький філософ, математик і фізик XVII століття Блез Паскаль вніс важливий внесок в розвиток науки Нового часу. Одним з головних його досягнень стала формулювання так званого закону Паскаля, який пов'язаний з властивістю рідких субстанцій і тиском, створюваним ними. Розглянемо докладніше цей закон. Коротка біографія вченого
Блез Паскаль народився 19 червня 1623 року у французькому місті Клермон-Ферран. Батько його був віце-президентом по збору податків і математиком, а мати належала до буржуазного стану. З юних років Паскаль почав проявляти інтерес до математики, фізики, літератури, мови та релігійному вченню. Він винайшов механічний калькулятор, який міг виконувати операції додавання і віднімання. Велика кількість часу приділяв вивченню фізичних властивостей текучих тіл, а також розробці концепцій тиску і вакууму. Одним з важливих відкриттів ученого став принцип, який носить його ім'я - закон Паскаля. Помер Блез Паскаль у 1662 році в Парижі з-за паралічу ніг - хвороби, яка супроводжувала його з 1646 року. Поняття про тиск
Перш ніж розглядати закон Паскаля, розберемося з такою фізичною величиною як тиск. Воно є скалярною фізичною величиною, що позначає силу, яка діє на дану поверхню. Коли на поверхню площею A перпендикулярно їй починає діяти сила F, тоді тиск P розраховується за наступною формулою: P = F/A. Вимірюється тиск у Міжнародній системі одиниць СІ в паскалях (1 Па = 1 Н/м2), тобто в честь Блеза Паскаля, який багато своїх робіт присвятив саме питання тиску.
Якщо сила F, що діє на дану поверхню A не перпендикулярно, а під деяким кутом ? до неї, тоді вираз для тиску прийме вигляд: P = F*sin(?)/A, в даному випадку F*sin(?) - це перпендикулярна складова сили F до поверхні A. Закон Паскаля
У фізиці цей закон може бути сформульований наступним чином:
Тиск, що прикладається до практично нестисливої текучою субстанції, яка знаходиться в рівноважному стані в посудині, що має деформуються стінки, передається у всіх напрямках з однаковою інтенсивністю.
Упевнитися в правильності цього закону можна наступним чином: необхідно взяти порожню сферу, зробити в ній отвори в різних місцях, забезпечити цю сферу поршнем і заповнити водою. Тепер, створюючи за допомогою поршня тиск на воду, можна бачити, як з усіх отворів вона виливається з однаковою швидкістю, а це означає, що тиск води в області кожного отвору однакове.
Рідини і гази
Закон Паскаля сформульований для сипучих субстанцій. Під цю концепцію потрапляють рідини і гази. Однак, на відміну від газів, молекули, що утворюють рідина, розташовані близько один до одного, що зумовлює наявність у рідин такої властивості, як нестисливість.
Завдяки властивості нестисливості рідини, коли в деякому її обсязі створюється кінцевий тиск, воно передається в усі сторони без втрати інтенсивності. Саме про це йде мова в принципі Паскаля, який сформульований не тільки для текучих, але і для нестискуваних субстанцій.
Розглядаючи в цьому світлі запитання "тиск газу і закон Паскаля," слід сказати, що гази, на відміну від рідин, легко стискуються, не зберігаючи при цьому обсяг. Це призводить до того, що при впливі на певний обсяг газу зовнішнього тиску, вона також передається на всі боки і напрями, але при цьому втрачає інтенсивність, причому її втрата буде тим сильніше, чим менше щільність газу.
Таким чином, принцип Паскаля справедливий тільки для рідких середовищ. Принцип Паскаля та гідравлічна машина
Принцип Паскаля застосовується в різних гідравлічних пристроях. Для того щоб використовувати в цих пристроях закон Паскаля, формула справедлива наступна: P = P0+?*g*h, тут P - тиск, який діє в рідини на глибині h, ? - це щільність рідини, P0 - тиск, що прикладається до поверхні рідини, g (9,81 м/с2) - прискорення вільного падіння поблизу поверхні нашої планети.
Принцип роботи гідравлічної машини полягає в наступному: два циліндра, які мають різний діаметр, з'єднуються між собою. Цей комплексний посудину заповнюється якою-небудь рідиною, наприклад, маслом або водою. Кожен циліндр забезпечується поршнем таким чином, щоб не залишалося повітря між циліндром і поверхнею рідини в посудині.
Припустимо, що на поршень у циліндрі з меншим перетином впливає деяка сила F1, тоді вона створює тиск P1 = F1/A1. Відповідно до закону Паскаля, тиск P1 миттєво передасться у всі точки простору всередині рідини згідно з наведеною вище формулою. У підсумку на поршень з великим перетином також буде діяти тиск P1 з силою F2 = P1*A2 = F1*A2/A1. Сила F2 буде спрямована протилежно силі F1, тобто вона буде прагнути виштовхнути поршень вгору, при цьому вона буде більше сили F1 рівно в стільки разів, у скільки відрізняється площа перерізу циліндрів машини.
Таким чином, закон Паскаля дозволяє піднімати великі вантажі з допомогою малих врівноважуючих сил, що є свого роду подобою важеля Архімеда. Інші застосування принципу Паскаля
Розглянутий закон використовується не тільки в гідравлічних машинах, а знаходить більш широке застосування. Наведемо нижче приклади систем і приладів, робота яких виявилася б неможливою, якби закон Паскаля був не справедливий: У гальмових системах автомобілів і певною антиблокувальною системою ABS, яка перешкоджає блокуванню коліс автомобіля в процесі гальмування, що дозволяє уникнути замети й ковзання транспортного засобу. Крім того, система ABS дозволяє водієві зберегти контроль в управлінні транспортним засобом, коли останнє виконує екстрене гальмування. В будь-якому типі холодильників і охолоджувальних систем, де робочою речовиною є рідка субстанція (хладон). Автор: Валерій Савельєв 28 Липня, 2018
Категория: Студентам