הפילוסוף, המתמטיקאי והפיזיקאי הצרפתי המפורסם של המאה ה-17 בלייז פסקל תרם תרומה חשובה לפיתוח המדע המודרני. אחד מהישגיו העיקריים היה ניסוח מה שמכונה חוק פסקל, הקשור לתכונתם של חומרים נוזליים וללחץ שנוצר מהם. בואו נסתכל מקרוב על החוק הזה.
הביוגרפיה הקצרה של המדען
בליז פסקל נולדה ב-19 ביוני 1623 בקלרמון-פראן, צרפת. אביו היה סגן נשיא לגביית מסים ומתמטיקאי, ואמו השתייכה למעמד הבורגני. מגיל צעיר החל פסקל לגלות עניין במתמטיקה, פיזיקה, ספרות, שפות ותורות דת. הוא המציא מחשבון מכני שיכול לבצע חיבור וחיסור. הוא השקיע זמן רב בחקר התכונות הפיזיקליות של גופים נוזליים, כמו גם בפיתוח המושגים של לחץ ווואקום. אחת התגליות החשובות של המדען הייתה העיקרון הנושא את שמו – חוק פסקל. בלייז פסקל נפטר בשנת 1662 בפריז עקב שיתוק הרגליים - מחלה ששליווה אותו משנת 1646.
קונספט לחץ
לפני שנבחן את חוק פסקל, בואו נתמודד עם כמות פיזית כמו לחץ. זוהי כמות פיזיקלית סקלרית המציינת את הכוח הפועל על משטח נתון. כאשר כוח F מתחיל לפעול על משטח של שטח A בניצב לו, אז הלחץ P מחושב באמצעות הנוסחה הבאה: P=F / A. הלחץ נמדד במערכת היחידות הבינלאומית SI בפסקל (1 Pa=1 N/m2), כלומר, לכבודו של בלייז פסקל, שהקדיש רבות מיצירותיו נושא הלחץ.
אם הכוח F פועל על משטח נתון A לא בניצב, אלא בזווית כלשהי α אליו, אז הביטוי ללחץ יקבל את הצורה: P=Fsin(α)/A, במקרה זה Fsin(α) הוא הרכיב המאונך של הכוח F למשטח A.
חוק פסקל
בפיסיקה, ניתן לנסח חוק זה באופן הבא:
לחץ המופעל על חומר נוזלי כמעט בלתי ניתן לדחיסה, שנמצא בשיווי משקל בכלי בעל דפנות בלתי מעוותות, מועבר לכל הכיוונים באותה עוצמה.
אתה יכול לוודא את נכונות החוק הזה באופן הבא: אתה צריך לקחת כדור חלול, לעשות בו חורים במקומות שונים, לספק לכדור זה בוכנה ולמלא אותו במים. כעת, על ידי הפעלת לחץ על המים עם הבוכנה, אתה יכול לראות איך הם נשפכים מכל החורים באותה מהירות, מה שאומר שלחץ המים באזור חור החוף זהה.
נוזלים וגזים
חוק פסקל מנוסח לחומרים נוזליים. נוזלים וגזים נופלים תחת מושג זה. עם זאת, בניגוד לגזים, המולקולות היוצרות נוזל ממוקמות קרוב זו לזו, מה שגורם לנוזלים להיות בעלי תכונה כזו כמו חוסר דחיסה.
עקב תכונת אי-הדחיסות של נוזל, כאשר נוצר לחץ סופי בנפח מסוים שלו, הוא מועבר לכל הכיוונים ללא אובדן עוצמה. בדיוק על זה עוסק העיקרון של פסקל, שנוסח לא רק לנוזלים, אלא גם לחומרים בלתי ניתנים לדחיסה.
בהתחשב בשאלת "לחץ הגז וחוק פסקל", לאור זה, יש לומר כי גזים, בניגוד לנוזלים, נדחסים בקלות מבלי לשמור על נפח. זה מוביל לכך שכאשר מופעל לחץ חיצוני על נפח מסוים של גז, הוא גם מועבר לכל הכיוונים והכיוונים, אך במקביל הוא מאבד מעוצמתו, וההפסד שלו יהיה חזק יותר, ככל שהצפיפות נמוכה יותר. של הגז.
לפיכך, העיקרון של פסקל תקף רק עבור מדיה נוזלית.
עקרון פסקל ומכונה הידראולית
העיקרון של פסקל משמש בהתקנים הידראוליים שונים. על מנת להשתמש בחוק פסקל במכשירים אלו, הנוסחה הבאה תקפה: P=P0+ρgh, כאן P הוא הלחץ שפועל בנוזל בעומק h, ρ - היא צפיפות הנוזל, P0 הוא הלחץ המופעל על פני הנוזל, g (9, 81m/s2) - האצת נפילה חופשית ליד פני השטח של הפלנטה שלנו.
עקרון הפעולה של מכונה הידראולית הוא כדלקמן: שני צילינדרים בעלי קטרים שונים מחוברים זה לזה. כלי מורכב זה מלא בנוזל כלשהו, כגון שמן או מים. כל גליל מצויד בבוכנה כך שלא יישאר אוויר בין הגליל לבין פני הנוזל בכלי.
הנח שכוח מסוים F1 פועל על בוכנה בגליל עם חתך קטן יותר, ואז הוא יוצר לחץ P1 =F 1/A1. על פי חוק פסקל, הלחץ P1 יועבר באופן מיידי לכל נקודות החלל בתוך הנוזל בהתאם לנוסחה לעיל. כתוצאה מכך, הלחץ P1 בכוח F2=P1 A 2=F1A2/A1. הכוח F2 יופנה מול הכוח F1, כלומר, הוא יטה לדחוף את הבוכנה למעלה, בעוד שהוא יהיה גדול מ- הכוח F1 בדיוק באותה כמות ששטח החתך של הצילינדרים של המכונה שונה.
לפיכך, חוק פסקל מאפשר לך להרים משאות גדולים עם כוחות איזון קטנים, שהם מעין מנוף של ארכימדס.
יישומים אחרים של העיקרון של פסקל
החוק הנחשב משמש לא רק במכונות הידראוליות, אלא גם מוצאיישום רחב יותר. להלן דוגמאות למערכות והתקנים שתפעולם היה בלתי אפשרי אם חוק פסקל לא היה תקף:
- במערכות הבלמים של המכוניות ובמערכת ה-ABS המוכרת למניעת נעילה, המונעת חסימת גלגלי הרכב בזמן בלימה, מה שעוזר למנוע החלקה והחלקה של הרכב. בנוסף, מערכת ה-ABS מאפשרת לנהג לשמור על שליטה ברכב כאשר האחרון מבצע בלימת חירום.
- בכל סוג של מקררים ומערכות קירור שבהם החומר הפועל הוא חומר נוזלי (פריאון).
