Pascalův zákon pro kapaliny a plyny říká, že tlak, šířící se v látce, nemění její sílu a je přenášen rovnoměrně všemi směry. Kapalné a plynné látky se chovají pod tlakem s určitými rozdíly. Rozdíl je způsoben chováním částic a hmotností plynů a kapalin. V článku to vše podrobně zvážíme pomocí vizuálních experimentů.
Je přenášen tlak kapaliny
Vezměme si válcovou nádobu, která je shora hermeticky uzavřena pístem. Uvnitř je kapalina a na pístu je závaží. Vyvíjí tlak silou rovnající se jeho hmotnosti. Tento tlak se přenáší na kapalinu. Jeho molekuly se na rozdíl od částic pevného tělesa mohou vůči sobě volně pohybovat. V jejich uspořádání neexistuje žádný přísný řád, jsou rozptýleny náhodně.
Znalost funkcípohyb částic různých látek v budoucnu nám pomůže pochopit Pascalův zákon pro kapaliny a plyny. Jak se budou molekuly kapaliny chovat, když na ně budeme působit tlakovou silou závaží? Zkušenosti nám pomohou odpovědět na tuto otázku.
Jak se kapalina chová pod tlakem
Modelem tekutiny budou skleněné kuličky a modelem nádoby krabička bez víka. Kuličky, stejně jako částice kapalné látky, se v nádobách volně pohybují. Vezměte jakoukoli položku, která má stejnou šířku jako šířka krabice. Bude napodobovat píst.
Zatlačte píst na kapalinu. Jak se chovají jeho molekuly? Vidíme, že tlačí jak na dno nádoby, tak na její stěny. Tlačí se a snaží se vypadnout z krabice. Pokud by to byla skutečná kapalina, pak by měla tendenci vystřikovat z nádoby. Později, při studiu Pascalova zákona pro kapaliny a plyny, to uvidíme v praxi. Vzhledem k tomu, že se molekuly volně pohybují, tlak vyvíjený závažím se přenáší jak do stran, tak dolů. A co se stane, když nahradíte kapalinu plynem?
Jak se vzduch chová pod tlakem
Řekněme, že máme válec s pístem naplněným vzduchem. Umístěte závaží na horní část pístu. Jak působí tlak na přenášený plyn? Jak se píst pohybuje dolů, vzdálenost mezi molekulami v horní části plynu se zmenšuje, ale ne na dlouho. Rychlost molekul plynu je stovky metrů za sekundu. Vzdálenost mezi nimi je mnohem větší než jejich velikost. Pohybují se v náhodných směrech a narážejí do sebe.
Když pístpády, částice jsou jednoduše uzamčeny v menším objemu. Díky tomu častěji narážejí na stěny nádoby a s klesajícím objemem plynu roste jeho tlak. Tento postulát je třeba mít na paměti, aby bylo později snazší pochopit Pascalův zákon pro kapaliny a plyny. Počet úderů za sekundu na centimetr čtvereční je téměř stejný. To znamená, že tlak, který píst vytváří, je přenášen ve všech směrech beze změny.
Přenos tlaku v různých směrech
Pascalův zákon, přenos tlaku kapalinami a plyny nelze pochopit, pokud nerozumíme jedné zvláštnosti: jak to, že tlačíme dolů, a tlak se přenáší dolů i do stran? Ale co když je k válci připojena trubka, bude se přes ni přenášet tlak nahoru? Pojďme experimentovat.
Vezměte dvě injekční stříkačky naplněné vodou a spojte je hadičkou. Pozorujme, jak bude tlak přenášet kapalina, která je ve stříkačkách. Zatlačte na píst jedné injekční stříkačky. Síla tlaku na píst, a tedy na kapalinu, směřuje dolů. Vidíme však, že píst druhé stříkačky se zvedá. Ukazuje se, že tlak přenášený trubicí mění směr síly. Zajímavé je, že injekční stříkačky mohou být umístěny nejen svisle, ale také v pravém úhlu k sobě. Výsledek bude stejný.
Vylijte vodu a ve stříkačkách bude vzduch. Zopakujme si zážitek. V průběhu experimentu uvidíme, že plyn také přenáší tlak ve všech směrech. S kapalinou je pouze jeden rozdíl. Pokud snížíte píst jednohostříkačkou dolů a zafixujte ji prstem, poté, když stisknete píst další stříkačky, plyn se stlačí. Jeho objem se zmenší asi dvakrát a píst se bude snažit vyskočit nahoru. Tento plyn, který se snaží zvětšit svůj objem, způsobí pohyb pístu nahoru. U kapaliny by to bylo jiné, nebylo by možné ji tak snadno stlačit.
Pascalův zákon
Na základě zkušeností budeme studovat přenos tlaku kapalinami a plyny. Vynalezl jej francouzský fyzik Blaise Pascal. Vezměte dutou kouli, ke které je připevněna skleněná trubice. V různých částech koule (horní, boční, spodní) jsou malé otvory. Uvnitř trubky je umístěn píst. Toto je speciální zařízení pro demonstraci Pascalova zákona.
Naplňte balónek skrz trubici vodou, abyste viděli, jak se chová. Přestože gravitace působí na míč shora dolů, pramínky vody vytékají z otvorů míče pod úhlem, do strany a dokonce nahoru. Samozřejmě se mírně odchylují od svého původního směru, protože na ně působí gravitace. Vidíme, že tlak vyvíjený na vodu se přenáší do všech směrů.
Pokud místo vody vezmeme kouř a provedeme tento experiment, budeme na vlastní oči pozorovat přenos tlaku v plynu, protože kouř je plyn zbarvený malými částicemi sazí nebo dehtu. Díky tomu, že je velmi lehký, nebude na něj tolik působit gravitace, nebude se vychylovat ze své původní polohy tolik jako proudy vody. Můžeme uzavřít toto: vyvíjený tlakna kapalinu nebo plyn, je přenášen bez změny síly do jakéhokoli bodu kapaliny a plynu ve všech směrech. Toto je Pascalův zákon pro kapaliny a plyny. Vzorec: P=F/S kde P je tlak. Je rovna poměru síly F k ploše S, na kterou působí kolmo.
