|
 |
Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии
|
Общий каталог эффектов
 | Паскаля закон |
 |
Равномерная передача давления в жидкости или газе во всех направлениях
Анимация
Описание
Закон Паскаля – основной закон гидростатики, в соответствии с которым жидкости и газы передают производимое на них давление одинаково по всем направлениям. Описанная закономерность была впервые обнаружена французским ученым Паскалем и получила название закона Паскаля.
В опыте Паскаля поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем, уплотняясь, передают его давление другим слоям, лежащим глубже, таким образом, каждой точке жидкости, заполняющей шар. В результате часть воды выталкивается из шара в виде одинаковых струек, вытекающих из всех отверстий. Давление, производимое на жидкость или газ, передается не только в направлении действия силы, но и в каждую точку жидкости, это и есть закон Паскаля: "Давление, производимое на жидкость или газ, передаётся в любую точку одинаково во всех направлениях"
Опыт с шаром Паскаля
Рис.1
Давление жидкости на дно или боковые стенки сосуда зависит от высоты столба жидкости. Сила давления на дно цилиндрического сосуда высоты h и площади основания S равна весу столба жидкости mg, где m=ρhS – масса жидкости в сосуде, ρ– плотность жидкости, следовательно
p = ρhSg / S = ρgh.
Такое же давление на глубине h в соответствии с законом Паскаля жидкость оказывает и на боковые стенки сосуда. Давление столба жидкости ρgh называют гидростатическим давлением.
Если жидкость находится в цилиндре под поршнем (рис. 2), то действуя на поршень некоторой внешней силой F, можно создавать в жидкости дополнительное давление p0 = F/S, где S – площадь поршня. Таким образом, полное давление в жидкости на глубине h можно записать в виде:
p=p0+ρgh .
Если на рисунке 2 поршень убрать, то давление на поверхность жидкости будет равно атмосферному давлению: p0=pатм.
Зависимость давления от высоты столба жидкости
Ключевые слова
Разделы наук
Используется в научно-технических эффектах
Используется в областях техники и экономики
Используются в научно-технических эффектах совместно с данным эффектом естественнонаучные эффекты
Применение эффекта
Опыт Паскаля подтвердил существование атмосферного давления, открытого итальянским учёным Торричелли.
На основе закона Паскаля работают гидравлические устройства, тормозные системы автомобилей, домкраты, прессы и т.п.
На рис.1 показано устройство пневматического тормоза железнодорожного вагона. Магистраль 1, тормозной цилиндр 4 и резервуар 3 заполняют сжатым воздухом. При открывании стоп-крана сжатый воздух выходит из магистральной трубы. И давление в правой части тормозного цилиндра становится меньше, чем в левой (из которой сжатый воздух благодаря клапану 2 выйти не может). В результате этого поршень тормозного цилиндра перемещается вправо и прижимает тормозную колодку 5 к ободу колеса 6, которое при этом затормаживается.
Устройство пневматического тормоза железнодорожного вагона
Рис.1
Реализации эффекта
Гидравлический пресс (рис.1) - машина, которая позволяет, прилагая в одном месте малое усилие, получать в другом месте большое усилие. Состоит из двух с сообщающихся цилиндров (с поршнями) разного диаметра, заполненных водой, маслом или другой подходящей жидкостью. По законам гидростатики давление (сила, действующая на единицу площади) в любом месте покоящейся жидкости (или газа) одинаково по всем направлениям и одинаково передается по всему объему. Это – закон Паскаля, названный по имени французского философа и ученого Б.Паскаля.
Гидравлический пресс, принцип действия
Рис.1
Если к малому поршню приложить силу F1, то давление в жидкости увеличится на величину F1/S1, где S1 – площадь малого поршня. Это давление передастся большому поршню, следовательно:
F1/S1 = F2/S2,
F2 = (S2/S1) F1.
Если площадь S2 намного больше площади S1, то сила F2 будет намного больше силы F1. Таков принцип действия гидравлического пресса, широко применяемого в технике. Следует иметь в виду, что работа, совершаемая силой F1, должна быть (при пренебрежении трением) равна работе, совершаемой против силы F2. Если через h обозначить перемещение поршня, то это можно записать в виде
F1* h1 = F2* h2,
откуда h2 = (F1/F2) h1, т.е. перемещение большого поршня гораздо меньше, чем малого, т.е. выигрыш в силе обязательно сопровождается таким же проигрышем в расстоянии. Если для параметров гидравлического пресса выполняются условия S2 >> S1, и следовательно F2 >> F1, то устройства такого рода называют гидравлическими машинами (рис.1). Они позволяют получить значительный выигрыш в силе. Если поршень в узком цилиндре переместить вниз под действием внешней силы F1 на расстояние h1, то поршень в широком цилиндре переместится на расстояние h2, поднимая тяжелый груз.
h2 = (S1/S2) h1,
Это правило выполняется для любых идеальных машин, в которых не действуют силы трения. Оно называется «золотым правилом механики».
Гидравлическая машина
Рис. 1
Гидравлические машины, используемые для подъема грузов, называются домкратами. Они широко применяются также в качестве гидравлических прессов. В качестве жидкости обычно используются минеральные масла.
Литература
1. Яворский Б.М., Селезнев Ю.Д. Физика. Справочное пособие. – М.: Физматлит, 2000
2. Прандтль Л. Гидроаэромеханика. РХД, 2000.