Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница

О системе

Технические требования

Синтез

Обучающий модуль

Справка по системе

Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
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

Рисунок 2





 

 

 

Ключевые слова

 

Разделы наук

 

Используется в научно-технических эффектах

Водяное колесо (Водяное колесо)
Колебания газовых столбов (Колебания газовых столбов)
Виброизолятор с преобразованием движения (Виброизолятор)
Геликоидная турбина (Геликоидная турбина)

 

Используется в областях техники и экономики

1Водный транспорт
1Осушительные системы
1Оросительные системы
1Обводнение и водоснабжение
2Водохозяйственное строительство. Гидротехнические и гидромелиоративные сооружения
1Судостроение
2Гидроэнергетика
1Приборы для измерения акустических величин и характеристик
1Технологии и техника зашиты от шума, вибрации, электрических и магнитных полей и излучений
1Электрические аппараты
1Электрические машины
1Энергетическое машиностроение
1Нетрадиционная энергетика
1Ветроэнергетика
1Электроэнергетика

 

Используются в научно-технических эффектах совместно с данным эффектом естественнонаучные эффекты

1Пульсации скорости в турбулентном потоке (Пульсации скорости в турбулентном потоке)
1Вихревое движение (Вихрь)
1Кинематическая характеристика течения жидкости или газа, служащая мерой завихренности течения (Циркуляция скорости)
1Течение в плоском слое между твердыми границами, которые движутся в разные стороны с одинаковыми скоростями (Течение Куэтта)
1Отрыв пограничного слоя от поверхности (Отрыв пограничного слоя от поверхности)
1Ламинарное течение в пограничном слое (Ламинарное течение в пограничном слое)
2Резкое изменение давления в жидкости (Гидравлический удар)
2Стационарное течение идеальной жидкости в однородном поле тяжести (Закон Бернулли)
2Сохранение энергии движущейся жидкости (Уравнение Бернулли)
4Равномерная передача давления в жидкости или газе во всех направлениях (Паскаля закон)
1Нулевой звук (Нулевой звук)
1Собственные колебания, формы колебаний, частоты колебаний (Собственные колебания, формы колебаний, частоты колебаний)
1Стоячие волны на водной поверхности (Сейши)
1Периодические изменения распределения температуры в среде вследствие периодических колебаний тепловых потоков (Температурные волны)
2Импульс звуковой волны (Звуковой импульс)
1Релаксация акустическая (Релаксация акустическая)
1Возникновение модулированного колебания при сложении двух гармонических колебаний близких частот (Биения)
1Собственные колебания связаных систем (Связанные колебания)
1Возникновение колебаний в автоколебательных системах (Самовозбуждение колебаний)
1Собственные (свободные) колебания маятника (Свободные колебания маятника)
1Упругая волна, распространяющаяся в среде (Звук)
1Эффект передачи момента силы посредством твёрдого тела (Механического рычага эффект)
1Инерция покоя и прямолинейного равномерного или вращательного движения. (1-й закон Ньютона)
1Трение качения. (Трение качения.)
1Давление при контакте (Давление при контакте)
1Создание момента силы (Создание момента силы )
1Гука закон (Гука закон)
1Упругая деформация кручения твёрдых тел. (Упругая деформация кручения твёрдых тел.)
1Центр давления (Центр давления)
1Приливы и отливы в морях и реках (Приливы и отливы в морях и реках)

 

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.

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина