PRINSIPYO NI PASCAL: KASAYSAYAN, APLIKASYON, HALIMBAWA - PISIKAL - 2025

Ang prinsipyo ng Pascal , Pascal o batas ay nagsasaad na ang pagbabago sa presyon ng isang likidong nakakulong sa anumang punto ay ipinapalit na hindi nagbabago sa lahat ng iba pang mga punto sa loob ng likido.

Ang prinsipyong ito ay natuklasan ng siyentipikong Pranses na si Blaise Pascal (1623 - 1662). Dahil sa kahalagahan ng mga kontribusyon na ginawa ni Pascal sa agham, ang pressure unit sa International System ay pinangalanan sa kanyang karangalan.

Larawan 1. Ginagamit ng backhoe ang prinsipyo ng Pascal upang maiangat ang mabibigat na timbang. Pinagmulan: Pinagmulan: publicdomainpictures.net

Dahil ang presyur ay tinukoy bilang ang ratio ng lakas na patayo sa isang ibabaw at sa lugar nito, ang 1 Pascal (Pa) ay katumbas ng 1 newton / m ² .

Kasaysayan

Upang subukan ang kanyang prinsipyo, si Pascal ay lumikha ng isang medyo malakas na patunay. Kumuha siya ng isang guwang na globo at drilled sa maraming mga lugar, ilagay ang mga plug sa lahat ng mga butas maliban sa isa, kung saan pinuno niya ito ng tubig. Sa paglalagay nito ay naglagay siya ng isang hiringgilya na nilagyan ng isang plunger.

Sa pamamagitan ng sapat na pagtaas ng presyon sa plunger, ang mga plug ay inilabas nang sabay, dahil ang presyon ay pantay na ipinapadala sa lahat ng mga punto ng likido at sa lahat ng direksyon, sa gayon ipinapakita ang batas ni Pascal.

Larawan 2. Ang syringe ni Pascal. pinagmulan: Wikimedia Commons.

Si Blaise Pascal ay may maikling buhay, minarkahan ng sakit. Ang hindi kapani-paniwalang saklaw ng kanyang pag-iisip ang nagtulak sa kanya upang magtanong sa iba't ibang mga aspeto ng kalikasan at pilosopiya. Ang kanyang mga kontribusyon ay hindi limitado sa pag-aaral ng pag-uugali ng mga likido, si Pascal ay isang payunir din sa pag-compute.

At ito ay sa edad na 19, si Pascal ay lumikha ng isang mekanikal na calculator para magamit ng kanyang ama sa kanyang trabaho sa sistema ng buwis ng Pransya: ang pascalina.

Gayundin, kasama ang kanyang kaibigan at kasamahan, ang mahusay na matematiko na si Pierre de Fermat, hinuhubog nila ang teorya ng mga probabilidad, na kailangang-kailangan sa Physics at Statistics. Napatay si Pascal sa Paris, sa edad na 39.

Pagpapaliwanag ng prinsipyo ni Pascal

Ang sumusunod na eksperimento ay medyo simple: ang isang U-tube ay napuno ng tubig at ang mga plug ay inilalagay sa bawat dulo na maaaring mag-slide nang maayos at madali, tulad ng mga piston. Ang presyur ay ginawa laban sa kaliwang piston, lumubog ito nang kaunti at napansin na ang isa sa kanan ay tumataas, na itinulak ng likido (figure 3).

Larawan 3. Paglalapat ng prinsipyo ni Pascal. Pinagmulan: ginawa ng sarili.

Nangyayari ito dahil ang presyon ay ipinapadala nang walang pagbaba sa lahat ng mga punto ng likido, kasama na ang mga nakikipag-ugnay sa piston sa kanan.

Ang mga likido tulad ng tubig o langis ay hindi maiiwasan, ngunit sa parehong oras ang mga molekula ay may sapat na kalayaan ng paggalaw, na ginagawang posible ang presyon na maipamahagi sa tamang piston.

Salamat sa ito, ang tamang piston ay tumatanggap ng isang puwersa na eksaktong pareho sa laki at direksyon tulad ng naipatupad sa kaliwa, ngunit sa kabilang direksyon.

Ang presyon sa isang static fluid ay independiyenteng hugis ng lalagyan. Ipapakita sa madaling sandali na ang presyur ay magkakaiba-iba sa kaibuturan, at ang prinsipyo ni Pascal ay sumusunod mula dito.

Ang isang pagbabago sa presyon sa anumang punto ay nagiging sanhi ng presyon sa ibang punto upang mabago sa pamamagitan ng parehong halaga. Kung hindi, magkakaroon ng labis na presyon na gagawing likido.

Ang ugnayan sa pagitan ng presyon at lalim

Ang isang likido sa pahinga ay nagpapakita ng lakas sa mga dingding ng lalagyan na naglalaman nito at sa ibabaw ng anumang bagay na nalubog sa loob nito. Sa eksperimento ng syringe ng Pascal ay makikita na ang mga sapa ng tubig ay lumabas na patayo sa globo.

Ang mga likido ay namamahagi ng lakas na patayo sa ibabaw kung saan ito kumikilos, kaya't ito ay maginhawa upang ipakilala ang konsepto ng mean pressure P _m bilang ang patayo na puwersa na ipinatupad sa F _⊥ sa lugar A, na ang unit ng SI ay ang pascal:

Ang presyon ay nagdaragdag nang lalim. Makikita ito sa pamamagitan ng paghiwalay ng isang maliit na bahagi ng likido sa static na balanse at pag-apply ng pangalawang batas ni Newton:

Larawan 4. Libre na diagram ng katawan ng isang maliit na bahagi ng likido sa static na balanse sa hugis ng isang kubo. Pinagmulan: E-xuao

Ang mga pahalang na puwersa ay kanselahin ang mga pares, ngunit sa patayong direksyon ang mga puwersa ay pinagsama-sama tulad nito:

Nagpapahayag ng masa sa mga tuntunin ng density ρ = mass / volume:

Ang dami ng bahagi ng likido ay ang produkto A xh:

Aplikasyon

Ang prinsipyo ni Pascal ay ginamit upang bumuo ng maraming mga aparato na nagpaparami ng lakas at mapadali ang mga gawain tulad ng pag-angat ng mga timbang, pagtatak sa metal, o pagpindot ng mga bagay. Kabilang sa mga ito ay:

-Hydraulic pindutin

-Ang sistema ng preno ng mga sasakyan

-Mekanikal na mga pala at mechanical arm

-Hydraulic jack

-Cranes at elevators

Susunod, tingnan natin kung paano ang Prinsipyo ng Pascal ay ginagawang maliit na puwersa upang maging malalaking puwersa upang gawin ang lahat ng mga trabahong ito. Ang hydraulic press ay ang pinaka-katangian na halimbawa at susuriin sa ibaba.

Ang haydroliko pindutin

Upang makabuo ng isang haydroliko pindutin, ang parehong aparato tulad ng sa figure 3 ay nakuha, iyon ay, isang lalagyan ng U-hugis, na alam na natin na ang parehong puwersa ay ipinadala mula sa isang piston papunta sa isa pa. Ang pagkakaiba ay ang laki ng mga piston at ito ang gumagawa ng aparato.

Ang sumusunod na figure ay nagpapakita ng prinsipyo ni Pascal sa pagkilos. Ang presyon ay pareho sa lahat ng mga punto sa likido, kapwa sa maliit at malaking piston:

Larawan 5. Diagram ng hydraulic press. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

p = F ₁ / S ₁ = F ₂ / S ₂

Ang laki ng puwersa na ipinapadala sa malaking piston ay:

F ₂ = (S ₂ / S ₁ ). F ₁

Dahil ang S ₂ > S ₁ , nagreresulta ito sa F ₂ > F ₁ , samakatuwid ang lakas ng output ay pinarami ng kadahilanan na ibinigay ng quient sa pagitan ng mga lugar.

Mga halimbawa

Ang seksyon na ito ay nagtatanghal ng mga halimbawa ng aplikasyon.

Mga haydroliko preno

Ginagamit ng mga preno ng kotse ang prinsipyo ng Pascal sa pamamagitan ng isang haydroliko na likido na pinunan ang mga tubo na konektado sa mga gulong. Kapag kailangan niyang tumigil, ang driver ay nag-apply ng puwersa sa pamamagitan ng pag-depress sa pedal ng preno at paglikha ng presyon ng likido.

Sa kabilang sukdulan, ang presyur ay nagtutulak sa mga pad pad laban sa mga drum o preno ng disc na umiikot kasabay ng mga gulong (hindi ang mga gulong). Ang nagresultang alitan ay nagdudulot ng pagbagal ng disc, na nagpapabagal din sa mga gulong.

Larawan 6. Hydraulic system ng preno. Pinagmulan: F. Zapata

Mekanikal na Pakinabang ng Hydraulic Press

Sa haydroliko pindutin ng figure 5, ang gawain ng input ay dapat na katumbas ng gawaing output hangga't ang alitan ay hindi isinasaalang-alang.

Ang input force F ₁ nagiging sanhi ng piston upang maglakbay isang distansya d ₁ habang pababang, habang ang output force F ₂ ay nagpapahintulot sa isang travel d ₂ ng tumataas na piston. Kung ang gawaing mekanikal na ginawa ng parehong pwersa ay pareho:

Ang mekanikal na kalamangan M ay ang quotient sa pagitan ng mga magnitude ng puwersa ng input at ang lakas ng output:

At tulad ng ipinakita sa nakaraang seksyon, maaari rin itong ipahiwatig bilang quient sa pagitan ng mga lugar:

Tila na ang trabaho ay maaaring gawin nang libre, ngunit sa katotohanan ng enerhiya ay hindi nilikha gamit ang aparatong ito, dahil ang makina na kalamangan ay nakuha sa gastos ng pag-aalis ng maliit na piston d ₁ .

Sa gayon, upang ma-optimize ang pagganap, ang isang sistema ng balbula ay idinagdag sa aparato sa isang paraan na ang outlet piston ay bumangon salamat sa mga maikling pulso sa buton na piston.

Sa ganitong paraan, ang operator ng isang hydraulic garahe jack ay nagbomba ng maraming beses upang unti-unting magtaas ng sasakyan.

Nalutas ang ehersisyo

Sa haydrolikong pindutin ng Figure 5, ang mga lugar ng piston ay 0.5 square inches (maliit na piston) at 25 square inches (malaking piston). Hanapin:

a) Ang mekanikal na bentahe ng pindutin na ito.

b) Ang puwersa na kinakailangan upang maiangat ang isang 1-ton load.

c) Ang distansya ng puwersa ng input ay dapat kumilos upang iangat ang nasabing pag-load ng 1 pulgada.

Ipahayag ang lahat ng mga resulta sa mga yunit ng sistemang British at ang SI International System.

Solusyon

a) Ang mekanikal na kalamangan ay:

M = F ₂ / F ₁ = S ₂ / S ₁ = 25 sa ² / 0.5 sa ² = 50

b) 1 tonong katumbas ng 2000 lb-lakas. Ang kinakailangang puwersa ay F ₁ :

F ₁ = F ₂ / M = 2000 lb-lakas / 50 = 40 lb-lakas

Upang maipahayag ang resulta sa International System, kinakailangan ang sumusunod na salik ng conversion:

1 lb-lakas = 4.448 N

Samakatuwid ang magnitude ng F1 ay 177.92 N.

c) M = d ₁ / d _{2 →} d ₁ = Md ₂ = 50 x 1 in = 50 in

Ang kinakailangang kadahilanan ng conversion ay: 1 sa = 2.54 cm

Mga Sanggunian

1. Bauer, W. 2011. Physics para sa Teknolohiya at Siyensya. Dami 1. Mc Graw Hill. 417-450.
2. College Physics. Simula ni Pascal. Nabawi mula sa: opentextbc.ca.
3. Figueroa, D. (2005). Serye: Physics para sa Science at Engineering. Dami 4. Mga likido at Thermodynamics. Na-edit ni Douglas Figueroa (USB). 4 - 12.
4. Rex, A. 2011. Mga Batayan ng Pisika. Pearson. 246-255.
5. Tippens, P. 2011. Pisika: Konsepto at Aplikasyon. Ika-7 Edition. McGraw Hill. 301-320.