חוק פסקל לנוזלים וגזים אומר שלחץ, המתפשט בחומר, אינו משנה את עוצמתו ומועבר לכל הכיוונים באופן שווה. חומרים נוזליים וגזים מתנהגים תחת לחץ עם כמה הבדלים. ההבדל נובע מהתנהגותם של חלקיקים ומשקל הגזים והנוזלים. במאמר, נשקול את כל זה בפירוט בעזרת ניסויים חזותיים.
האם לחץ הנוזל מועבר
בוא ניקח כלי גלילי, שאטום הרמטית מלמעלה על ידי בוכנה. ישנו נוזל בפנים, ומשקולת על הבוכנה. הוא מפעיל לחץ בכוח השווה למשקלו. לחץ זה מועבר לנוזל. המולקולות שלו, בניגוד לחלקיקים של גוף מוצק, יכולות לנוע בחופשיות אחת לשנייה. אין סדר קפדני בסידור שלהם, הם מפוזרים באקראי.
ידע בתכונותתנועתם של חלקיקים של חומרים שונים בעתיד תעזור לנו להבין את חוק פסקל לנוזלים וגזים. כיצד יתנהגו מולקולות הנוזל אם נפעל עליהן בכוח הלחץ של המשקל? הניסיון יעזור לנו לענות על שאלה זו.
איך נוזל מתנהג בלחץ
דגם הנוזל יהיה חרוזי זכוכית, ודגם הכלי יהיה קופסה ללא מכסה. כדורים, כמו גם חלקיקים של חומר נוזלי, נעים בחופשיות במיכלים. קח כל פריט שרוחב זהה לרוחב הקופסה. זה יחקה בוכנה.
דחף את הבוכנה על הנוזל. איך המולקולות שלו מתנהגות? אנו רואים שהם לוחצים גם על תחתית המיכל וגם על הקירות שלו. הם דוחפים אחד את השני ומנסים ליפול מהקופסה. אם זה היה נוזל אמיתי, אז הוא היה נוטה להתיז מהכלי. בהמשך, כאשר נלמד את חוק פסקל לנוזלים וגזים, נראה זאת בפועל. בשל העובדה שהמולקולות נעות בחופשיות, הלחץ שמפעיל המשקל מועבר הן לצדדים והן למטה. ומה יקרה אם תחליף נוזל בגז?
איך האוויר מתנהג בלחץ
בוא נגיד שיש לנו צילינדר עם בוכנה מלאה באוויר. הניחו משקולת על גבי הבוכנה. כיצד מופעל הלחץ על הגז המועבר? ככל שהבוכנה נעה למטה, המרחק בין המולקולות בחלק העליון של הגז יורד, אך לא לאורך זמן. מהירות מולקולות הגז היא מאות מטרים בשנייה. המרחק ביניהם גדול בהרבה מגודלם. הם נעים בכיוונים אקראיים ומתנגשים זה בזה.
כאשר הבוכנהנופל, החלקיקים פשוט נעולים בנפח קטן יותר. כתוצאה מכך, הם פוגעים לעתים קרובות יותר בקירות הכלי, וככל שנפח הגז יורד, הלחץ שלו עולה. יש לזכור את ההנחה הזו, כדי שבהמשך יהיה קל יותר להבין את חוק פסקל לנוזלים וגזים. מספר הפעימות בשנייה לסנטימטר רבוע כמעט זהה. המשמעות היא שהלחץ שהבוכנה מייצרת מועבר לכל הכיוונים ללא שינוי.
העברת לחץ לכיוונים שונים
חוק פסקל, אי אפשר להבין את העברת הלחץ על ידי נוזלים וגזים אם לא מבינים מוזרות אחת: איך זה שאנחנו לוחצים למטה, והלחץ מועבר גם למטה וגם לצדדים? אבל מה אם צינור מחובר לצילינדר, האם הלחץ יועבר דרכו כלפי מעלה? בואו ננסה.
קח שני מזרקים מלאים במים וחבר אותם עם צינור. בואו נבחן כיצד יועבר הלחץ על ידי הנוזל שנמצא במזרקים. לחץ על הבוכנה של מזרק אחד. כוח הלחץ על הבוכנה, ומכאן על הנוזל, מופנה כלפי מטה. עם זאת, אנו רואים שהבוכנה של המזרק השני עולה. מסתבר שהלחץ, המועבר דרך הצינור, משנה את כיוון הכוח. מעניין לציין כי ניתן למקם מזרקים לא רק אנכית, אלא גם בזווית ישרה זה לזה. התוצאה תהיה זהה.
שפוך את המים, ויהיה אוויר במזרקים. בואו נחזור על החוויה. במהלך הניסוי נראה שהגז גם מעביר לחץ לכל הכיוונים. יש רק הבדל אחד עם נוזל. אם תוריד את הבוכנה של אחדמזרק למטה ותקן אותו עם האצבע שלך, ואז כאשר אתה לוחץ על הבוכנה של מזרק אחר, הגז יידחס. נפחו יקטן בערך פי שניים, והבוכנה תשאף להקפיץ למעלה. גז זה, המבקש להגדיל את נפחו, גורם לבוכנה לנוע כלפי מעלה. זה יהיה שונה עם נוזל, אי אפשר יהיה לדחוס אותו כל כך בקלות.
חוק פסקל
נלמד את העברת הלחץ על ידי נוזלים וגזים בעזרת ניסיון. הוא הומצא על ידי הפיזיקאי הצרפתי בלז פסקל. קחו כדור חלול שאליו מחובר צינור זכוכית. בחלקים שונים של הכדור (עליון, צד, תחתון) ישנם חורים קטנים. בוכנה ממוקמת בתוך הצינור. זהו מכשיר מיוחד להדגמת חוק פסקל.
מלא את הבלון דרך הצינור במים כדי לראות איך הוא מתנהג. למרות שכוח המשיכה פועל על הכדור מלמעלה למטה, טפטופים של מים זורמים מתוך החורים של הכדור בזווית, הצידה ואפילו למעלה. כמובן שהם סוטים מעט מכיוונם המקורי, כי כוח הכבידה פועל עליהם. אנו רואים שהלחץ המופעל על המים מועבר לכל הכיוונים.
אם במקום מים ניקח עשן ונעשה את הניסוי הזה, נצפה במו עינינו בהעברת הלחץ בגז, כי עשן הוא גז שצבעו בחלקיקים קטנים של פיח או זפת. בשל העובדה שהוא קל מאוד, הוא לא יושפע מכוח הכבידה באותה מידה, הוא לא יחרוג מיקומו המקורי כמו זרמי מים. אנו יכולים להסיק זאת: הלחץ שהופעלעל נוזל או גז, מועבר, ללא שינוי כוח, לכל נקודה של הנוזל והגז לכל הכיוונים. זהו חוק פסקל לנוזלים וגזים. נוסחה: P=F/S כאשר P הוא הלחץ. הוא שווה ליחס בין הכוח F לשטח S, עליו הוא פועל בניצב.
