Slavný francouzský filozof, matematik a fyzik 17. století Blaise Pascal významně přispěl k rozvoji moderní vědy. Jedním z jeho hlavních úspěchů byla formulace tzv. Pascalova zákona, který je spojen s vlastností tekutých látek a jimi vytvářeného tlaku. Pojďme se na tento zákon podívat blíže.
Krátká biografie vědce
Blaise Pascal se narodil 19. června 1623 v Clermont-Ferrand ve Francii. Jeho otec byl viceprezident pro výběr daní a matematik a jeho matka patřila k buržoazní třídě. Od mládí se Pascal začal zajímat o matematiku, fyziku, literaturu, jazyky a náboženské nauky. Vynalezl mechanickou kalkulačku, která uměla sčítat a odčítat. Strávil spoustu času studiem fyzikálních vlastností tekutých těles a také rozvíjením konceptů tlaku a vakua. Jedním z důležitých objevů vědce byl princip, který nese jeho jméno – Pascalův zákon. Blaise Pascal zemřel v roce 1662 v Paříži na ochrnutí nohou - nemoc, kterákterý ho doprovázel od roku 1646.
Koncepce tlaku
Než se budeme zabývat Pascalovým zákonem, pojďme se zabývat takovou fyzikální veličinou, jako je tlak. Je to skalární fyzikální veličina označující sílu, která působí na daný povrch. Když síla F začne působit na povrch plochy A, která je k ní kolmá, pak se tlak P vypočítá podle následujícího vzorce: P=F / A. Tlak se měří v Mezinárodní soustavě jednotek SI v pascalech (1 Pa=1 N/m2), tedy na počest Blaise Pascala, který věnoval mnoho svých prací problém tlaku.
Pokud síla F působí na danou plochu A ne kolmo, ale pod určitým úhlem α k ní, pak výraz pro tlak bude mít tvar: P=Fsin(α)/A, v tomto případě Fsin(α) je kolmá složka síly F k povrchu A.
Pascalův zákon
Ve fyzice lze tento zákon formulovat následovně:
Tlak aplikovaný na prakticky nestlačitelnou tekutou látku, která je v rovnováze v nádobě s nedeformovatelnými stěnami, se přenáší do všech směrů se stejnou intenzitou.
Správnost tohoto zákona si můžete ověřit následovně: musíte vzít dutou kouli, udělat do ní otvory na různých místech, zásobit tuto kouli pístem a naplnit ji vodou. Nyní pomocí tlaku na vodu pístem můžete vidět, jak se vylévá ze všech otvorů stejnou rychlostí, což znamená, že tlak vody v oblasti každého otvoru je stejný.
Kapaliny a plyny
Pascalův zákon je formulován pro tekuté látky. Kapaliny a plyny spadají pod tento pojem. Na rozdíl od plynů jsou však molekuly, které tvoří kapalinu, umístěny blízko sebe, což způsobuje, že kapaliny mají takovou vlastnost, jako je nestlačitelnost.
Vzhledem k vlastnosti nestlačitelnosti kapaliny se při vytvoření konečného tlaku v jejím určitém objemu přenáší do všech směrů bez ztráty intenzity. Přesně o tom je Pascalův princip, který je formulován nejen pro tekutiny, ale i pro nestlačitelné látky.
Pokud vezmeme v úvahu otázku „tlaku plynu a Pascalova zákona“, v tomto světle je třeba říci, že plyny se na rozdíl od kapalin snadno stlačují, aniž by zadržovaly objem. To vede k tomu, že při působení vnějšího tlaku na určitý objem plynu se tento také přenáší do všech směrů a směrů, ale zároveň ztrácí na intenzitě a jeho ztráta bude tím silnější, čím nižší bude hustota plynu. plynu.
Princip Pascalu tedy platí pouze pro tekutá média.
Princip Pascal a hydraulický stroj
Pascalův princip se používá v různých hydraulických zařízeních. Pro použití Pascalova zákona v těchto zařízeních platí následující vzorec: P=P0+ρgh, zde P je tlak, který působí v kapalině v hloubce h, ρ - je hustota kapaliny, P0 je tlak působící na povrch kapaliny, g (9, 81m/s2) - zrychlení volného pádu blízko povrchu naší planety.
Princip činnosti hydraulického stroje je následující: dva válce, které mají různé průměry, jsou vzájemně spojeny. Tato složitá nádoba je naplněna nějakou kapalinou, jako je olej nebo voda. Každý válec je opatřen pístem, takže mezi válcem a povrchem kapaliny v nádobě nezůstává žádný vzduch.
Předpokládejme, že určitá síla F1 působí na píst ve válci s menším průřezem, pak vytváří tlak P1 =F 1/A1. Podle Pascalova zákona se tlak P1 okamžitě přenese do všech bodů prostoru uvnitř kapaliny v souladu s výše uvedeným vzorcem. V důsledku toho tlak P1 se silou F2=P1 A 2=F1A2/A1. Síla F2 bude směřovat opačně než síla F1, to znamená, že bude mít tendenci tlačit píst nahoru, zatímco bude větší než síla F1 přesně tolikrát, kolikrát se liší plocha průřezu válců stroje.
Pascalův zákon vám tedy umožňuje zvedat velká břemena malými vyrovnávacími silami, což je jakási Archimédova páka.
Další aplikace Pascalova principu
Uvažovaný zákon se používá nejen u hydraulických strojů, ale i nálezůširší uplatnění. Níže jsou uvedeny příklady systémů a zařízení, jejichž provoz by byl nemožný, kdyby Pascalův zákon neplatil:
- V brzdových systémech automobilů a ve známém protiblokovacím systému ABS, který zabraňuje zablokování kol vozu při brzdění, čímž pomáhá předcházet smyku a prokluzu vozidla. Kromě toho systém ABS umožňuje řidiči udržet kontrolu nad vozidlem, když vozidlo provádí nouzové brzdění.
- V jakémkoli typu chladniček a chladicích systémů, kde je pracovní látkou kapalná látka (freon).
