Ο διάσημος Γάλλος φιλόσοφος, μαθηματικός και φυσικός του 17ου αιώνα Blaise Pascal συνέβαλε σημαντικά στην ανάπτυξη της σύγχρονης επιστήμης. Ένα από τα κύρια επιτεύγματά του ήταν η διατύπωση του λεγόμενου νόμου του Πασκάλ, ο οποίος συνδέεται με την ιδιότητα των ρευστών ουσιών και την πίεση που δημιουργούνται από αυτές. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε αυτόν τον νόμο.
Σύντομη βιογραφία επιστήμονα
Ο Μπλεζ Πασκάλ γεννήθηκε στις 19 Ιουνίου 1623 στο Κλερμόν-Φεράν της Γαλλίας. Ο πατέρας του ήταν αντιπρόεδρος είσπραξης φόρων και μαθηματικός και η μητέρα του ανήκε στην αστική τάξη. Από νεαρή ηλικία, ο Πασκάλ άρχισε να δείχνει ενδιαφέρον για τα μαθηματικά, τη φυσική, τη λογοτεχνία, τις γλώσσες και τις θρησκευτικές διδασκαλίες. Εφηύρε μια μηχανική αριθμομηχανή που μπορούσε να κάνει πρόσθεση και αφαίρεση. Αφιέρωσε πολύ χρόνο μελετώντας τις φυσικές ιδιότητες των ρευστών σωμάτων, καθώς και αναπτύσσοντας τις έννοιες της πίεσης και του κενού. Μία από τις σημαντικές ανακαλύψεις του επιστήμονα ήταν η αρχή που φέρει το όνομά του - ο νόμος του Πασκάλ. Ο Blaise Pascal πέθανε το 1662 στο Παρίσι λόγω παράλυσης των ποδιών - μια ασθένεια πουπου τον συνόδευε από το 1646.
Έννοια της πίεσης
Πριν εξετάσουμε το νόμο του Pascal, ας ασχοληθούμε με μια τέτοια φυσική ποσότητα όπως η πίεση. Είναι ένα βαθμωτό φυσικό μέγεθος που δηλώνει τη δύναμη που δρα σε μια δεδομένη επιφάνεια. Όταν μια δύναμη F αρχίζει να ενεργεί σε μια επιφάνεια εμβαδού A κάθετη σε αυτήν, τότε η πίεση P υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο: P=F / A. Η πίεση μετριέται στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων SI σε πασκάλ (1 Pa=1 N/m2), δηλαδή προς τιμήν του Blaise Pascal, ο οποίος αφιέρωσε πολλά από τα έργα του σε το θέμα της πίεσης.
Αν η δύναμη F επιδρά σε μια δεδομένη επιφάνεια A όχι κάθετα, αλλά σε κάποια γωνία α προς αυτήν, τότε η έκφραση για την πίεση θα έχει τη μορφή: P=Fsin(α)/A, σε αυτήν την περίπτωση Fsin(α) είναι η κάθετη συνιστώσα της δύναμης F στην επιφάνεια Α.
Νόμος του Πασκάλ
Στη φυσική, αυτός ο νόμος μπορεί να διατυπωθεί ως εξής:
Η πίεση που ασκείται σε μια πρακτικά ασυμπίεστη ρευστή ουσία, η οποία βρίσκεται σε ισορροπία σε ένα δοχείο με μη παραμορφώσιμα τοιχώματα, μεταδίδεται προς όλες τις κατευθύνσεις με την ίδια ένταση.
Μπορείτε να επαληθεύσετε την ορθότητα αυτού του νόμου ως εξής: πρέπει να πάρετε μια κούφια σφαίρα, να κάνετε τρύπες σε αυτήν σε διάφορα σημεία, να τροφοδοτήσετε αυτήν τη σφαίρα με ένα έμβολο και να τη γεμίσετε με νερό. Τώρα, ασκώντας πίεση στο νερό με το έμβολο, μπορείτε να δείτε πώς ξεχύνεται από όλες τις τρύπες με την ίδια ταχύτητα, πράγμα που σημαίνει ότι η πίεση του νερού στην περιοχή της κάθε τρύπας είναι η ίδια.
Υγρά και αέρια
Ο νόμος του Pascal έχει διατυπωθεί για υγρές ουσίες. Τα υγρά και τα αέρια εμπίπτουν σε αυτήν την έννοια. Ωστόσο, σε αντίθεση με τα αέρια, τα μόρια που σχηματίζουν ένα υγρό βρίσκονται το ένα κοντά στο άλλο, γεγονός που κάνει τα υγρά να έχουν μια τέτοια ιδιότητα όπως η ασυμπίεση.
Λόγω της ιδιότητας της ασυμπίεσης ενός υγρού, όταν δημιουργείται μια πεπερασμένη πίεση σε έναν ορισμένο όγκο του, μεταδίδεται προς όλες τις κατευθύνσεις χωρίς απώλεια της έντασης του. Αυτή ακριβώς είναι η αρχή του Pascal, η οποία έχει σχεδιαστεί όχι μόνο για ρευστά, αλλά και για ασυμπίεστες ουσίες.
Λαμβάνοντας υπόψη το ζήτημα της «πίεσης του αερίου και του νόμου του Pascal», υπό αυτό το πρίσμα, θα πρέπει να ειπωθεί ότι τα αέρια, σε αντίθεση με τα υγρά, συμπιέζονται εύκολα χωρίς να διατηρούν όγκο. Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι όταν μια εξωτερική πίεση εφαρμόζεται σε έναν ορισμένο όγκο αερίου, μεταδίδεται επίσης προς όλες τις κατευθύνσεις και κατευθύνσεις, αλλά ταυτόχρονα χάνει την ένταση και η απώλειά της θα είναι τόσο ισχυρότερη, τόσο μικρότερη είναι η πυκνότητα του αερίου.
Έτσι, η αρχή του Pascal ισχύει μόνο για υγρά μέσα.
Αρχή Pascal και υδραυλική μηχανή
Η αρχή του Pascal χρησιμοποιείται σε διάφορες υδραυλικές συσκευές. Για να χρησιμοποιήσετε τον νόμο του Pascal σε αυτές τις συσκευές, ισχύει ο ακόλουθος τύπος: P=P0+ρgh, εδώ P είναι η πίεση που δρα στο υγρό στο βάθος h, ρ - είναι η πυκνότητα του υγρού, P0 είναι η πίεση που εφαρμόζεται στην επιφάνεια του υγρού, g (9, 81m/s2) - επιτάχυνση ελεύθερης πτώσης κοντά στην επιφάνεια του πλανήτη μας.
Η αρχή λειτουργίας μιας υδραυλικής μηχανής είναι η εξής: δύο κύλινδροι που έχουν διαφορετικές διαμέτρους συνδέονται μεταξύ τους. Αυτό το σύνθετο δοχείο είναι γεμάτο με κάποιο υγρό, όπως λάδι ή νερό. Κάθε κύλινδρος είναι εφοδιασμένος με ένα έμβολο έτσι ώστε να μην παραμένει αέρας μεταξύ του κυλίνδρου και της επιφάνειας του υγρού στο δοχείο.
Υποθέστε ότι μια ορισμένη δύναμη F1 δρα σε ένα έμβολο σε έναν κύλινδρο με μικρότερο τμήμα, τότε δημιουργεί πίεση P1 =F 1/A1. Σύμφωνα με το νόμο του Pascal, η πίεση P1 θα μεταφερθεί αμέσως σε όλα τα σημεία του χώρου μέσα στο υγρό σύμφωνα με τον παραπάνω τύπο. Ως αποτέλεσμα, η πίεση P1 με τη δύναμη F2=P1 A 2=F1A2/A1. Η δύναμη F2 θα κατευθύνεται αντίθετα από τη δύναμη F1, δηλαδή θα τείνει να σπρώχνει το έμβολο προς τα πάνω, ενώ θα είναι μεγαλύτερη από η δύναμη F1 ακριβώς όσες φορές διαφέρει η περιοχή διατομής των κυλίνδρων της μηχανής.
Έτσι, ο νόμος του Πασκάλ σάς επιτρέπει να σηκώνετε μεγάλα φορτία με μικρές δυνάμεις εξισορρόπησης, που είναι ένα είδος μοχλού του Αρχιμήδη.
Άλλες εφαρμογές της αρχής του Pascal
Ο εξεταζόμενος νόμος χρησιμοποιείται όχι μόνο σε υδραυλικές μηχανές, αλλά και ευρήματαευρύτερη εφαρμογή. Ακολουθούν παραδείγματα συστημάτων και συσκευών των οποίων η λειτουργία θα ήταν αδύνατη αν ο νόμος του Pascal δεν ήταν έγκυρος:
- Στα συστήματα πέδησης των αυτοκινήτων και στο γνωστό σύστημα αντιμπλοκαρίσματος ABS, που εμποδίζει το μπλοκάρισμα των τροχών του αυτοκινήτου κατά το φρενάρισμα, γεγονός που βοηθά στην αποφυγή ολίσθησης και ολίσθησης του οχήματος. Επιπλέον, το σύστημα ABS επιτρέπει στον οδηγό να διατηρεί τον έλεγχο του οχήματος όταν το τελευταίο εκτελεί φρενάρισμα έκτακτης ανάγκης.
- Σε κάθε τύπο ψυγείων και συστημάτων ψύξης όπου η ουσία εργασίας είναι υγρή ουσία (φρεόν).
