กฎของปาสกาลกล่าวไว้เช่นนั้น กฎของปาสคาล: สูตรและการประยุกต์ ความดันอุทกสถิตของของเหลวและก๊าซ

กฎของปาสคาล - ความดันที่กระทำต่อของเหลว (ก๊าซ) ณ จุดใดจุดหนึ่งบนขอบเขตของมัน เช่น โดยลูกสูบ จะถูกส่งผ่านไปยังจุดทั้งหมดของของเหลว (ก๊าซ) โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง

แต่โดยทั่วไปจะใช้ดังนี้:

เรามาพูดถึงกฎของปาสคาลกันสักหน่อย:

แต่ละอนุภาคของของเหลวที่อยู่ในสนามโน้มถ่วงของโลกจะได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วง ภายใต้อิทธิพลของแรงนี้ ของเหลวแต่ละชั้นจะกดทับชั้นที่อยู่ข้างใต้ ส่งผลให้ความดันภายในของเหลวมีระดับต่างกัน จะไม่เหมือน. ดังนั้นในของเหลวจึงมีความดันเนื่องจากน้ำหนักของมัน

จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่า ยิ่งเราดำดิ่งลงใต้น้ำลึกเพียงใด แรงดันน้ำก็จะส่งผลต่อเรามากขึ้นเท่านั้น

ความดันเนื่องจากน้ำหนักของของเหลวเรียกว่า ความดันอุทกสถิต.

กราฟิกการพึ่งพาความดันต่อความลึกของการแช่ในของเหลวจะแสดงในรูป

ซึ่งเป็นรากฐาน กฎของปาสคาลอุปกรณ์ไฮดรอลิกต่างๆ ทำงาน: ระบบเบรก เครื่องอัด ปั๊ม ปั๊ม ฯลฯ
กฎของปาสคาลไม่สามารถใช้ได้ในกรณีของของเหลว (ก๊าซ) ที่เคลื่อนที่ เช่นเดียวกับในกรณีที่ของเหลว (ก๊าซ) อยู่ในสนามโน้มถ่วง ดังนั้นจึงเป็นที่ทราบกันว่าความดันบรรยากาศและอุทกสถิตลดลงตามระดับความสูง

ในสูตรที่เราใช้:

ความดัน

ความดันบรรยากาศ

ความหนาแน่นของของเหลว

การส่งผ่านแรงดันด้วยของเหลวและก๊าซ

กฎของปาสคาล

เรารู้อยู่แล้วว่าแต่ละชั้นและอนุภาคขนาดเล็กของของเหลวและก๊าซเคลื่อนที่อย่างอิสระโดยสัมพันธ์กันในทุกทิศทาง ไม่เหมือนของแข็ง สิ่งนี้สามารถยืนยันได้ด้วยการทดลองง่ายๆ: หากคุณเป่าแก้วบนผิวน้ำ น้ำก็จะเริ่มเคลื่อนไหว

เนื่องจากอนุภาคของก๊าซและของเหลวสามารถเคลื่อนที่ได้ ความดันที่กระทำต่อสิ่งเหล่านี้ไม่เพียงแต่ส่งไปในทิศทางของแรงที่ใช้เท่านั้น แต่ยังส่งไปยังทุกจุดของของเหลวหรือก๊าซอีกด้วย

ที่ตั้งของก๊าซ อนุภาค

ก๊าซมีการกระจายอย่างเท่าเทียมกัน

ทั่วทั้งเรือ เรือจากด้านบน

ปิดด้วยลูกสูบที่สามารถ

เลื่อนลงและขึ้น

กดลูกสูบอย่างนั้น

เขาจมลงไปในเรือเล็กน้อยและ

เหยียบแก๊ส เป็นผลให้อนุภาค,รูปที่. 1

ตั้งอยู่ใต้ลูกสูบปิดผนึก

เอะอะ ( รูปที่ 1b).

ขณะที่พวกมันเคลื่อนที่ อนุภาคของก๊าซจะเคลื่อนที่ไปทุกทิศทาง และจากการเคลื่อนที่นี้ การจัดเรียงของพวกมันจะกลับมาสม่ำเสมออีกครั้ง แต่มีความหนาแน่นมากกว่าเดิม ( รูปที่ 1ค). ส่งผลให้แรงดันแก๊สเพิ่มขึ้นทุกที่ จากนี้เราก็สรุปได้ว่า แรงดันเพิ่มเติมจะถูกถ่ายโอนไปยังอนุภาคก๊าซทั้งหมดตัวอย่างเช่นหากแรงดันของแก๊สใกล้กับลูกสูบเพิ่มขึ้น 1 Pa แสดงว่าทุกจุด ข้างใน แก๊สความดันจะเพิ่มขึ้นในปริมาณเท่ากันนั่นคือ 1 Pa แรงดันแก๊สบนลูกสูบ บนผนังของถัง และที่ด้านล่างของถังจะเพิ่มขึ้น 1 Pa

ในปี 1648 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส แบลส ปาสกาล ยืนยันการทดลองว่าความดันของของเหลวขึ้นอยู่กับความสูงของคอลัมน์ เขาสอดท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 ซม.2 ยาว 5 ม. ลงในถังปิดที่เต็มไปด้วยน้ำแล้วขึ้นไปที่ระเบียงห้องที่ 2

เมื่อน้ำในนั้นสูงขึ้นถึงประมาณ 4 เมตร

แรงดันน้ำในนั้นเพิ่มขึ้นมาก

รอยแตกได้ก่อตัวขึ้นในถังไม้โอ๊คที่แข็งแรงทะลุผ่าน

น้ำไหนไหล

กฎของปาสกาลกล่าวไว้ว่า:

แรงดันที่กระทำต่อของเหลวหรือก๊าซ

ส่งไปยังจุดใด ๆ ในปริมาตรของเหลวและ

ก๊าซไม่มีการเปลี่ยนแปลงในทุกทิศทาง

กฎหมายอธิบายได้จากการเคลื่อนที่ของอนุภาคของเหลว

ตาและก๊าซในทุกทิศทาง

เราไม่จำเป็นต้องทำซ้ำประสบการณ์

ปาสคาลมีลำกล้อง แต่เราใช้ได้

ปาสคาลทูบเพื่อยืนยันความจริง

คำพูดของเขา

น้ำจะไหล ลูกสูบจะกดลงบนผิวน้ำในท่อ เมื่ออัดแน่นแล้ว อนุภาคน้ำที่อยู่ใต้ลูกสูบจะถ่ายเทแรงดันของลูกสูบไปยังชั้นอื่นที่ลึกกว่า

จากประสบการณ์พบว่าแรงดันของลูกสูบถูกส่งไปยังแต่ละจุดของของเหลวที่เติมลูกบอลและผลของแรงดันทำให้น้ำส่วนหนึ่งถูกผลักออกมา

จากรูทุกทิศทาง

หากลูกโป่งเต็มไปด้วยควัน

(รูปที่ 2b) แล้วดันลูกสูบเข้าไปในท่อจากนั้นจึงออกจากท่อทั้งหมด

รูของลูกบอลจะออกมา

ควันเล็กน้อย ประสบการณ์ครั้งนี้ด้วย

ยืนยันว่าก๊าซเช่น

ของเหลวที่ส่งผ่านผลผลิต

มีแรงกดดันต่อพวกเขาในทุกทิศทางโดยไม่มีก) ข)

การเปลี่ยนแปลง รูปที่ 2

กฎของปาสกาลเป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบกลไกต่างๆ

ระบบจ่ายน้ำแบบนิวแมติก

หลักการทำงาน:

ปั๊มจากอ่างเก็บน้ำจะสูบน้ำเข้าไปในถัง โดยบีบอัดเบาะลม ซึ่งเป็นผลมาจากการที่อนุภาคอากาศอัดถูกอัดแน่น และส่งผลให้แรงดันเพิ่มขึ้น เมื่อความดันอากาศสูงถึง 400,000 N/m2 ปั๊มจะปิดและหยุดสูบน้ำเข้าถัง

ตามกฎของปาสคาล ความดันที่กระทำต่อของเหลว (หรือก๊าซ) จะถูกส่งไปยังจุดใดๆ ในปริมาตรของของเหลว (หรือก๊าซ) โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงในทุกทิศทาง ดังนั้นเมื่อเปิดก๊อกน้ำน้ำจะไหลผ่านท่อหลักเข้าไปในบ้านภายใต้อิทธิพลของความกดอากาศ

นี่เป็นแผนภาพแบบง่ายของลิฟต์ไฮดรอลิกที่ติดตั้งบนรถดัมพ์

วัตถุประสงค์ของกระบอกสูบแบบเคลื่อนย้ายได้คือเพื่อเพิ่มความสูงในการยกของลูกสูบ หากต้องการลดภาระ ให้เปิดก๊อกน้ำ

(1623 - 1662)

กฎของปาสคาลระบุว่า "ความดันที่กระทำต่อของเหลวหรือก๊าซจะถูกส่งผ่านไปยังจุดใดๆ ในของเหลวหรือก๊าซอย่างเท่าเทียมกันในทุกทิศทาง"
ข้อความนี้อธิบายได้จากการเคลื่อนที่ของอนุภาคของของเหลวและก๊าซในทุกทิศทาง

ประสบการณ์ของปาสคาล

ในปี 1648 แบลส ปาสกาลแสดงให้เห็นว่าความดันของของเหลวขึ้นอยู่กับความสูงของคอลัมน์
เขาสอดท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 ซม. 2 และความยาว 5 ม. ลงในถังปิดที่เต็มไปด้วยน้ำ จากนั้นขึ้นไปที่ระเบียงชั้นสองของบ้าน เทน้ำหนึ่งแก้วลงในท่อนี้ เมื่อน้ำในนั้นสูงขึ้นถึงความสูง ~ 4 เมตร แรงดันน้ำก็เพิ่มขึ้นมากจนเกิดรอยแตกในถังไม้โอ๊คที่แข็งแรงซึ่งมีน้ำไหลผ่าน

หลอดปาสคาล

ตอนนี้ระวัง!

หากคุณเติมภาชนะที่มีขนาดเท่ากัน: อันหนึ่งบรรจุของเหลว อีกอันบรรจุวัสดุเทกอง (เช่น ถั่ว) ในส่วนที่สาม คุณจะวางวัตถุแข็งไว้ใกล้กับผนัง บนพื้นผิวของสารในภาชนะแต่ละอันที่คุณวางเหมือนกัน ตัวอย่างเช่นวงกลมที่ทำจากไม้ / ควรอยู่ติดกับผนัง / และวางน้ำหนักที่เท่ากันไว้ด้านบน

แล้วความดันของสารด้านล่างและผนังในแต่ละภาชนะจะเปลี่ยนไปอย่างไร? คิดดูสิ! กฎของปาสคาลใช้ในกรณีใด แรงดันภายนอกของโหลดจะถูกส่งผ่านอย่างไร?

กฎหมายของปาสคาลใช้อุปกรณ์ทางเทคนิคใดบ้าง

กฎของปาสกาลเป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบกลไกต่างๆ ดูภาพจำไว้!

1. เครื่องอัดไฮดรอลิก

ตัวคูณไฮดรอลิกได้รับการออกแบบมาเพื่อเพิ่มความดัน (р2 > р1 เนื่องจากมีแรงดันเท่ากัน S1 > S2)

ตัวคูณใช้ในเครื่องอัดไฮดรอลิก

2. ลิฟท์ไฮโดรลิก

นี่เป็นแผนภาพแบบง่ายของลิฟต์ไฮดรอลิกที่ติดตั้งบนรถดัมพ์

วัตถุประสงค์ของกระบอกสูบแบบเคลื่อนย้ายได้คือเพื่อเพิ่มความสูงในการยกของลูกสูบ หากต้องการลดภาระ ให้เปิดก๊อกน้ำ

หน่วยเติมเชื้อเพลิงสำหรับจ่ายเชื้อเพลิงให้กับรถแทรกเตอร์ทำงานดังนี้: คอมเพรสเซอร์จะบังคับให้อากาศเข้าไปในถังที่ปิดสนิทพร้อมเชื้อเพลิง ซึ่งจะเข้าสู่ถังของรถแทรกเตอร์ผ่านท่อ

4.เครื่องพ่น

ในเครื่องพ่นที่ใช้ควบคุมศัตรูพืชทางการเกษตร ความดันของอากาศที่สูบเข้าไปในถังไปยังสารละลายพิษคือ 500,000 N/m2 น้ำยาจะสเปรย์เมื่อเปิดก๊อกน้ำ

5.ระบบประปา

ระบบจ่ายน้ำแบบนิวแมติก ปั๊มจ่ายน้ำไปที่แท้งค์ บีบอัดเบาะลม และปิดเมื่อความดันอากาศถึง 400,000 N/m2 น้ำขึ้นทางท่อเข้าไปในสถานที่ เมื่อความดันอากาศลดลง ปั๊มจะเปิดอีกครั้ง

6.ปืนฉีดน้ำ

กระแสน้ำที่พุ่งออกมาด้วยปืนฉีดน้ำภายใต้แรงดัน 1,000,000,000 นิวตัน/ตารางเมตร เจาะรูในช่องว่างโลหะ และบดขยี้หินในเหมือง อุปกรณ์ดับเพลิงสมัยใหม่ยังติดตั้งไฮโดรแคนนอนอีกด้วย

7. เมื่อวางท่อ

แรงดันอากาศ "พองตัว" ท่อซึ่งทำในรูปแบบของแถบเหล็กโลหะแบนที่เชื่อมที่ขอบ สิ่งนี้ช่วยลดความยุ่งยากในการวางท่อเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ

8. ในด้านสถาปัตยกรรม

โดมขนาดใหญ่ที่ทำจากฟิล์มสังเคราะห์ได้รับการสนับสนุนจากแรงดันที่มากกว่าความดันบรรยากาศเพียง 13.6 N/m2

9. ท่อลม

แรงดัน 10,000 - 30,000 N/m2 ทำงานในท่อส่งตู้คอนเทนเนอร์แบบนิวแมติก ความเร็วของรถไฟในนั้นสูงถึง 45 กม./ชม. การขนส่งประเภทนี้ใช้สำหรับการขนส่งสินค้าจำนวนมากและวัสดุอื่นๆ

ภาชนะสำหรับขนขยะในครัวเรือน

คุณสามารถทำเช่นนี้ได้

1. จบวลี: “เมื่อเรือดำน้ำดำน้ำ ความกดอากาศในนั้น.....” ทำไม

2. อาหารสำหรับนักบินอวกาศจัดทำในรูปแบบกึ่งของเหลวและวางในหลอดที่มีผนังยางยืด ด้วยการกดเบา ๆ บนท่อ นักบินอวกาศจะดึงเนื้อหาออกจากท่อ มีกฎหมายอะไรปรากฏในนี้?

3. ต้องทำอย่างไรเพื่อให้แน่ใจว่าน้ำไหลผ่านท่อจากถัง?

4. ในอุตสาหกรรมน้ำมัน มีการใช้อากาศอัดเพื่อยกน้ำมันขึ้นสู่พื้นผิวโลก ซึ่งถูกปั๊มโดยคอมเพรสเซอร์ลงสู่ช่องว่างเหนือพื้นผิวของชั้นรองรับน้ำมัน มีกฎหมายอะไรปรากฏในนี้? ยังไง?

5. เหตุใดถุงกระดาษเปล่าที่พองตัวด้วยอากาศจึงระเบิดได้หากคุณกระแทกมือหรืออะไรแข็งๆ

6. ทำไมปลาทะเลน้ำลึกถึงมีกระเพาะปัสสาวะยื่นออกมาจากปากเมื่อถูกดึงขึ้นสู่ผิวน้ำ?

ชั้นวางหนังสือ

คุณรู้เกี่ยวกับเรื่องนี้หรือไม่?

โรคการบีบอัดคืออะไร?

มันจะปรากฏออกมาหากคุณขึ้นมาจากระดับน้ำลึกอย่างรวดเร็ว แรงดันน้ำลดลงอย่างรวดเร็วและอากาศที่ละลายในเลือดจะขยายตัว ฟองสบู่ที่เกิดขึ้นจะอุดตันหลอดเลือด รบกวนการไหลเวียนของเลือด และบุคคลนั้นอาจเสียชีวิตได้ ดังนั้นนักดำน้ำและนักดำน้ำจะค่อยๆ ไต่ขึ้นอย่างช้าๆ เพื่อให้เลือดมีเวลาในการนำฟองอากาศที่เกิดขึ้นเข้าไปในปอด

เราดื่มอย่างไร?

เราใส่แก้วหรือช้อนของเหลวเข้าปากแล้ว "ดึง" เนื้อหาเข้าไป ยังไง? เหตุใดของเหลวจึงไหลเข้าปากของเรา? เหตุผลก็คือ: เมื่อดื่มเราจะขยายหน้าอกและทำให้อากาศในปากบางลง ภายใต้ความกดดันของอากาศภายนอก ของเหลวจะไหลเข้าไปในพื้นที่ที่มีความดันน้อยและแทรกซึมเข้าไปในปากของเรา สิ่งเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นซึ่งจะเกิดขึ้นกับของเหลวในภาชนะที่สื่อสาร ถ้าเราเริ่มทำให้อากาศเหนือภาชนะเหล่านี้กลายเป็นของเหลว ภายใต้ความกดดันของบรรยากาศ ของเหลวในภาชนะนี้จะเพิ่มขึ้น ในทางตรงกันข้าม หากคุณใช้ริมฝีปากจับคอขวด คุณจะไม่ "ดึง" น้ำจากขวดเข้าปากด้วยความพยายามใดๆ เนื่องจากความกดอากาศในปากและเหนือน้ำจะเท่ากัน ดังนั้นเราจึงดื่มไม่เพียงแต่ทางปากเท่านั้น แต่ยังดื่มด้วยปอดด้วย ท้ายที่สุดการขยายตัวของปอดเป็นสาเหตุให้ของเหลวไหลเข้าปากของเรา

ฟอง

เคลวิน นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษผู้ยิ่งใหญ่เขียนว่า “เป่าฟองสบู่ และลองดูสิ คุณสามารถศึกษามันได้ตลอดชีวิต โดยไม่หยุดเรียนรู้บทเรียนฟิสิกส์จากฟองสบู่”

ฟองสบู่รอบๆ ดอกไม้

เทสารละลายสบู่ลงในจานหรือถาดให้เพียงพอเพื่อให้ด้านล่างของแผ่นปิดด้วยชั้น 2 - 3 มม. วางดอกไม้หรือแจกันไว้ตรงกลางแล้วปิดด้วยกรวยแก้ว จากนั้นค่อย ๆ ยกช่องทางขึ้นเป่าเข้าไปในท่อแคบ ๆ - ฟองสบู่เกิดขึ้น เมื่อฟองมีขนาดเพียงพอแล้ว ให้เอียงช่องทางและปล่อยฟองออกจากข้างใต้ จากนั้นดอกไม้จะนอนอยู่ใต้หมวกครึ่งวงกลมโปร่งใสที่ทำจากแผ่นฟิล์มสบู่ที่แวววาวไปด้วยสีรุ้งทั้งหมด

ฟองอากาศหลายฟองอยู่ข้างในกันและกัน

ฟองสบู่ขนาดใหญ่ถูกเป่าจากกรวยที่ใช้ในการทดลองที่อธิบายไว้ จากนั้นจุ่มหลอดลงในสารละลายสบู่โดยสมบูรณ์เพื่อให้เฉพาะส่วนปลายที่ต้องนำเข้าปากเท่านั้นที่ยังคงแห้งและค่อยๆ ดันผ่านผนังของฟองแรกไปยังตรงกลาง จากนั้นค่อย ๆ ดึงฟางกลับโดยไม่ต้องนำไปที่ขอบพวกเขาเป่าฟองที่สองที่มีอยู่ในฟองแรกในนั้น - ฟองที่สามที่สี่ ฯลฯ เป็นเรื่องน่าสนใจที่จะสังเกตฟองเมื่อได้รับจาก ห้องอุ่นกลายเป็นห้องเย็น: เห็นได้ชัดว่าปริมาตรลดลงและในทางกลับกันจะพองตัวเมื่อย้ายจากห้องเย็นไปเป็นห้องอุ่น แน่นอนว่าเหตุผลอยู่ที่การบีบอัดและการขยายตัวของอากาศที่อยู่ภายในฟองสบู่ ตัวอย่างเช่น หากในสภาพอากาศหนาวจัดที่อุณหภูมิ -15° C ปริมาตรของฟองจะเท่ากับ 1,000 ลูกบาศก์เมตร ซม. และมาจากความเย็นเข้ามาในห้องที่อุณหภูมิ +15° C ก็ควรเพิ่มปริมาตรประมาณ 1,000 * 30 * 1/273 = ประมาณ 110 ลูกบาศก์เมตร ซม.

แนวคิดปกติเกี่ยวกับความเปราะบางของฟองสบู่นั้นไม่ถูกต้องทั้งหมด: หากจับอย่างเหมาะสม ก็สามารถรักษาฟองสบู่ไว้ได้นานหลายทศวรรษ Dewar นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ (มีชื่อเสียงจากผลงานการทำให้อากาศเป็นของเหลว) เก็บฟองสบู่ไว้ในขวดพิเศษซึ่งได้รับการปกป้องอย่างดีจากฝุ่นการทำให้แห้งและแรงกระแทกของอากาศ ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าวเขาสามารถรักษาฟองอากาศไว้ได้เป็นเวลาหนึ่งเดือนหรือมากกว่านั้น Lawrence ในอเมริกาสามารถเก็บฟองสบู่ไว้ใต้ฝาครอบแก้วได้เป็นเวลาหลายปี

ลองพิจารณาของเหลวที่อยู่ในภาชนะใต้ลูกสูบ (รูปที่ 1) เมื่อแรงที่กระทำต่อพื้นผิวอิสระของของเหลวมีค่ามากกว่าน้ำหนักของของเหลวอย่างมีนัยสำคัญหรือของเหลวอยู่ในสภาพไร้น้ำหนัก กล่าวคือ เราสามารถสันนิษฐานได้ มีเพียงแรงพื้นผิวเท่านั้นที่กระทำต่อของเหลว และสามารถละเลยน้ำหนักของของเหลวได้ ให้เราเลือกปริมาตรของเหลวทรงกระบอกเล็ก ๆ ตามใจชอบ แรงกดและของเหลวที่เหลือกระทำบนฐานของปริมาตรของเหลวนี้ และแรงกดและบนพื้นผิวด้านข้าง สภาวะสมดุลของปริมาตรเล็กน้อยที่ปล่อยออกมาในของเหลว:

ในการฉายภาพลงบนแกน วัว:

เหล่านั้น. ความดันที่ทุกจุดของของไหลนิ่งไร้น้ำหนักจะเท่ากัน

เมื่อแรงพื้นผิวเปลี่ยนแปลงค่าก็จะเปลี่ยนไป พี 1 และ พี 2แต่ความเท่าเทียมจะยังคงอยู่ สิ่งนี้ก่อตั้งขึ้นครั้งแรกโดย B. Pascal

กฎของปาสคาล: ของเหลว (แก๊ส) ถ่ายเทแรงดันภายนอกที่เกิดขึ้นจากแรงกดแบบลีนในทุกทิศทางโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง.

ความดันที่กระทำต่อของเหลวหรือก๊าซจะถูกส่งไม่เพียงแต่ในทิศทางของแรงเท่านั้น แต่ยังส่งไปยังแต่ละจุดของของเหลว (ก๊าซ) เนื่องจากการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของของเหลว (ก๊าซ)

กฎข้อนี้เป็นผลโดยตรงจากการไม่มีแรงเสียดทานสถิตในของเหลวและก๊าซ

กฎของปาสคาลใช้ไม่ได้กับในกรณีของของเหลว (แก๊ส) ที่เคลื่อนที่ และในกรณีที่ของเหลว (แก๊ส) อยู่ในสนามโน้มถ่วง ดังนั้นจึงเป็นที่ทราบกันว่าความดันบรรยากาศและอุทกสถิตลดลงตามระดับความสูง

กฎของอาร์คิมีดีส: วัตถุที่จมอยู่ในของเหลว (หรือก๊าซ) จะถูกกระทำโดยแรงลอยตัวเท่ากับน้ำหนักของของเหลว (หรือก๊าซ) ที่วัตถุนี้แทนที่ (เรียกว่า ด้วยอำนาจของอาร์คิมีดีส)

เอฟ เอ = ρ จีวี,

โดยที่ρคือความหนาแน่นของของเหลว (แก๊ส) กคือความเร่งของการตกอย่างอิสระ และ วี- ปริมาตรของร่างกายที่จมอยู่ใต้น้ำ (หรือส่วนของปริมาตรของร่างกายที่อยู่ใต้พื้นผิว) หากวัตถุลอยอยู่บนพื้นผิวหรือเคลื่อนที่ขึ้นหรือลงอย่างสม่ำเสมอ แรงลอยตัว (หรือที่เรียกว่าแรงอาร์คิมีดีน) จะมีขนาดเท่ากัน (และตรงกันข้ามในทิศทาง) กับแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อปริมาตรของของเหลว (ก๊าซ) ที่ถูกแทนที่ โดยร่างกายและนำไปใช้กับจุดศูนย์ถ่วงของปริมาตรนี้

สำหรับวัตถุที่อยู่ในก๊าซ เช่น ในอากาศ เพื่อหาแรงยก จำเป็นต้องแทนที่ความหนาแน่นของของเหลวด้วยความหนาแน่นของก๊าซ ตัวอย่างเช่น บอลลูนฮีเลียมบินขึ้นไปเนื่องจากความหนาแน่นของฮีเลียมน้อยกว่าความหนาแน่นของอากาศ

ในกรณีที่ไม่มีแรงโน้มถ่วง กล่าวคือ ในสภาวะไร้น้ำหนัก กฎของอาร์คิมิดีสจะไม่ทำงาน นักบินอวกาศค่อนข้างคุ้นเคยกับปรากฏการณ์นี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ไม่มีปรากฏการณ์การพาความร้อน (ตามธรรมชาติ) ดังนั้นตัวอย่างเช่นการระบายความร้อนด้วยอากาศและการระบายอากาศในห้องนั่งเล่นของยานอวกาศจึงถูกบังคับโดยพัดลม

สภาพศพลอยได้

พฤติกรรมของร่างกายที่อยู่ในของเหลวหรือก๊าซขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ระหว่างโมดูลแรงโน้มถ่วงกับแรงของอาร์คิมิดีสซึ่งกระทำต่อวัตถุนี้ เป็นไปได้สามกรณีต่อไปนี้:

ร่างกายจมน้ำ;

ร่างกายลอยอยู่ในของเหลวหรือก๊าซ

ร่างกายลอยขึ้นจนเริ่มลอย

อีกสูตรหนึ่ง (โดยที่ความหนาแน่นของร่างกายคือความหนาแน่นของตัวกลางที่แช่ไว้):

· - ร่างกายจมน้ำ;

· - ร่างกายลอยอยู่ในของเหลวหรือก๊าซ

· - ตัวลอยขึ้นจนเริ่มลอย

สมการของเบอร์นูลลี

กฎของเบอร์นูลลีเป็นผลมาจากกฎการอนุรักษ์พลังงานสำหรับการไหลคงที่ของของไหลที่ไม่สามารถอัดตัวได้ในอุดมคติ (นั่นคือโดยไม่มีแรงเสียดทานภายใน): นี่คือความหนาแน่นของของเหลว คือความเร็วการไหล คือความสูงที่องค์ประกอบของเหลวนั้นตั้งอยู่ คือความดัน ณ จุดในอวกาศซึ่งจุดศูนย์กลางมวลขององค์ประกอบของเหลวนั้นตั้งอยู่ คือ ความเร่งของแรงโน้มถ่วง ค่าคงที่ทางด้านขวามักเรียกว่า ความดันหรือความดันรวมอีกด้วย อินทิกรัลเบอร์นูลี. มิติของพจน์ทั้งหมดคือหน่วยของพลังงานต่อหน่วยปริมาตรของของเหลว

ตามกฎของเบอร์นูลลี ความดันรวมในการไหลของของเหลวคงที่จะคงที่ตลอดการไหล ความดันรวมประกอบด้วยน้ำหนัก (ρ gh), คงที่ ( พี) และความดันไดนามิก

จากกฎของเบอร์นูลลีเป็นไปตามที่ว่าเมื่อหน้าตัดของการไหลลดลง เนื่องจากความเร็วที่เพิ่มขึ้น กล่าวคือ ความดันไดนามิก ความดันคงที่จะลดลง กฎของเบอร์นูลลีใช้ได้ในรูปแบบบริสุทธิ์เฉพาะกับของเหลวที่มีความหนืดเป็นศูนย์เท่านั้น นั่นคือของเหลวที่ไม่เกาะติดกับพื้นผิวของท่อ ในความเป็นจริง มีการพิสูจน์แล้วจากการทดลองว่าความเร็วของของเหลวบนพื้นผิวของของแข็งนั้นเกือบจะเป็นศูนย์เสมอไป (ยกเว้นในกรณีของการแยกเจ็ทภายใต้สภาวะที่หายากบางประการ) กฎของเบอร์นูลลีสามารถนำไปใช้กับการไหลของของไหลที่ไม่สามารถอัดตัวได้ในอุดมคติผ่านรูเล็กๆ ที่ผนังด้านข้างหรือด้านล่างของภาชนะขนาดกว้าง

สำหรับก๊าซในอุดมคติที่อัดตัวได้ , (ค่าคงที่ตามแนวกระแสน้ำหรือเส้นกระแสน้ำวน) โดยที่ค่าคงที่อะเดียแบติกของก๊าซ พี- แรงดันแก๊ส ณ จุดหนึ่ง ρ - ความหนาแน่นของก๊าซ ณ จุดหนึ่ง โวลต์- ความเร็วการไหลของก๊าซ ก- ความเร่งของแรงโน้มถ่วง ชม.- ความสูงสัมพันธ์กับจุดกำเนิด เมื่อเคลื่อนที่ไปในสนามที่ไม่สม่ำเสมอ ghถูกแทนที่ด้วยศักย์สนามโน้มถ่วง

แบลส ปาสคาล นักปรัชญา นักคณิตศาสตร์ และนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสผู้โด่งดังแห่งศตวรรษที่ 17 มีส่วนสำคัญในการพัฒนาวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ หนึ่งในความสำเร็จหลักของเขาคือการกำหนดกฎของปาสกาลที่เรียกว่าซึ่งเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของสารของเหลวและความดันที่สร้างขึ้นโดยพวกมัน มาดูกฎหมายนี้กันดีกว่า

ประวัติโดยย่อของนักวิทยาศาสตร์

Blaise Pascal เกิดเมื่อวันที่ 19 มิถุนายน ค.ศ. 1623 ในเมือง Clermont-Ferrand ของฝรั่งเศส พ่อของเขาเป็นรองประธานฝ่ายจัดเก็บภาษีและเป็นนักคณิตศาสตร์ ส่วนแม่ของเขาเป็นชนชั้นกลาง ปาสคาลเริ่มแสดงความสนใจในวิชาคณิตศาสตร์ ฟิสิกส์ วรรณคดี ภาษา และคำสอนทางศาสนาตั้งแต่อายุยังน้อย เขาคิดค้นเครื่องคิดเลขเชิงกลที่สามารถดำเนินการบวกและลบได้ เขาทุ่มเทเวลาอย่างมากในการศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพของวัตถุของเหลวตลอดจนพัฒนาแนวคิดเรื่องความดันและสุญญากาศ การค้นพบที่สำคัญอย่างหนึ่งของนักวิทยาศาสตร์คือหลักการที่มีชื่อของเขา - กฎของปาสคาล แบลส ปาสกาลเสียชีวิตในปี ค.ศ. 1662 ในกรุงปารีสด้วยอาการอัมพาตที่ขา ซึ่งเป็นอาการเจ็บป่วยที่เกิดขึ้นกับเขาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1646

แนวคิดเรื่องความกดดัน

ก่อนที่จะพิจารณากฎของปาสคาล เรามาดูปริมาณทางกายภาพเช่นความดันกันก่อน เป็นปริมาณสเกลาร์ทางกายภาพที่แสดงถึงแรงที่กระทำต่อพื้นผิวที่กำหนด เมื่อแรง F เริ่มกระทำบนพื้นผิวของพื้นที่ A ซึ่งตั้งฉากกับแรงนั้น ความดัน P จะถูกคำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้: P = F/A ความดันวัดในระบบสากลของหน่วย SI เป็นปาสคาล (1 Pa = 1 N/m2) นั่นคือเพื่อเป็นเกียรติแก่เบลส ปาสคาล ผู้ซึ่งอุทิศผลงานหลายชิ้นของเขาให้กับประเด็นเรื่องความกดดัน

ถ้าแรง F กระทำบนพื้นผิวที่กำหนด A ไม่ได้ตั้งฉาก แต่ที่มุมหนึ่ง α กับพื้นผิวนั้น การแสดงออกของแรงกดจะอยู่ในรูปแบบ: P = F*sin(α)/A ในกรณีนี้คือ F*sin( α) คือแรงองค์ประกอบตั้งฉาก F กับพื้นผิว A

กฎของปาสคาล

ในวิชาฟิสิกส์กฎนี้สามารถกำหนดได้ดังนี้:

แรงดันที่จ่ายให้กับสารของเหลวที่ไม่สามารถอัดตัวได้จริงซึ่งอยู่ในภาวะสมดุลในภาชนะที่มีผนังที่ไม่สามารถเปลี่ยนรูปได้ จะถูกส่งไปในทุกทิศทางด้วยความเข้มเท่ากัน

คุณสามารถตรวจสอบความถูกต้องของกฎหมายนี้ด้วยวิธีต่อไปนี้: คุณต้องใช้ทรงกลมกลวงเจาะรูในสถานที่ต่าง ๆ ติดตั้งลูกสูบทรงกลมนี้แล้วเติมน้ำ ตอนนี้ด้วยการสร้างแรงดันน้ำโดยใช้ลูกสูบคุณจะเห็นว่ามันไหลออกจากหลุมทั้งหมดด้วยความเร็วเท่ากันได้อย่างไรซึ่งหมายความว่าแรงดันน้ำในพื้นที่แต่ละหลุมเท่ากัน

ของเหลวและก๊าซ

กฎของปาสกาลถูกกำหนดขึ้นสำหรับสารของเหลว ของเหลวและก๊าซตกอยู่ภายใต้แนวคิดนี้ อย่างไรก็ตาม ต่างจากก๊าซตรงที่โมเลกุลที่ก่อตัวเป็นของเหลวตั้งอยู่ใกล้กัน ซึ่งทำให้ของเหลวมีคุณสมบัติที่ไม่สามารถอัดตัวได้

เนื่องจากคุณสมบัติที่ไม่สามารถอัดตัวได้ของของเหลว เมื่อความดันจำกัดถูกสร้างขึ้นในปริมาตรหนึ่ง ความดันจะถูกส่งไปทุกทิศทางโดยไม่สูญเสียความเข้ม นี่คือสิ่งที่เรากำลังพูดถึงในหลักการของปาสคาล ซึ่งไม่ได้กำหนดสูตรเฉพาะสำหรับของไหลเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสารที่ไม่สามารถอัดตัวได้ด้วย

เมื่อพิจารณาถึงคำถาม "ความดันแก๊สและกฎของปาสคาล" ในแง่นี้ อาจกล่าวได้ว่าก๊าซต่างจากของเหลว ถูกบีบอัดได้ง่ายโดยไม่รักษาปริมาตร สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าเมื่อก๊าซปริมาณหนึ่งสัมผัสกับแรงดันภายนอก มันจะถูกส่งไปในทุกทิศทางและทิศทางด้วย แต่ในขณะเดียวกันก็สูญเสียความเข้มและการสูญเสียจะแข็งแกร่งขึ้น ความหนาแน่นของก๊าซก็จะน้อยลง

ดังนั้น หลักการของปาสคาลจึงใช้ได้เฉพาะกับตัวกลางที่เป็นของเหลวเท่านั้น

หลักการของปาสคาลกับเครื่องจักรไฮดรอลิก

หลักการของปาสคาลใช้ในอุปกรณ์ไฮดรอลิกต่างๆ ในการใช้กฎของปาสกาลในอุปกรณ์เหล่านี้ สูตรจะเป็นดังนี้: P = P 0 +ρ*g*h โดยที่ P คือความดันที่กระทำในของเหลวที่ความลึก h, ρ คือความหนาแน่นของของเหลว P 0 คือความดันที่ใช้กับพื้นผิวของของเหลว g (9.81 m/s 2) - ความเร่งของการตกอย่างอิสระใกล้พื้นผิวโลกของเรา

หลักการทำงานของเครื่องไฮดรอลิกมีดังนี้: กระบอกสูบสองกระบอกซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกันเชื่อมต่อกัน ถังที่ซับซ้อนนี้เต็มไปด้วยของเหลวบางอย่าง เช่น น้ำมันหรือน้ำ แต่ละกระบอกสูบจะติดตั้งลูกสูบในลักษณะที่ไม่มีอากาศเหลืออยู่ระหว่างกระบอกสูบกับพื้นผิวของของเหลวในถัง

สมมติว่าลูกสูบในกระบอกสูบที่มีหน้าตัดเล็กกว่าได้รับผลกระทบจากแรงบางอย่าง F 1 จากนั้นจะสร้างแรงดัน P 1 = F 1 / A 1 ตามกฎของปาสคาล ความดัน P 1 จะถูกส่งทันทีไปยังทุกจุดในอวกาศภายในของเหลวตามสูตรข้างต้น เป็นผลให้ลูกสูบที่มีหน้าตัดขนาดใหญ่จะต้องได้รับแรงกดดัน P 1 ด้วยแรง F 2 = P 1 * A 2 = F 1 * A 2 / A 1 . แรง F2 จะพุ่งตรงข้ามกับแรง F1 นั่นคือมันมีแนวโน้มที่จะดันลูกสูบขึ้นและจะมีมากกว่าแรง F1 อย่างแน่นอนหลายเท่าของพื้นที่หน้าตัดของกระบอกสูบของเครื่องแตกต่างกัน .

ดังนั้นกฎของปาสคาลอนุญาตให้คุณยกของหนักได้โดยใช้แรงทรงตัวขนาดเล็กซึ่งมีความคล้ายคลึงกับคันโยกของอาร์คิมิดีส

การประยุกต์อื่นๆ ของหลักการปาสคาล

กฎหมายที่อยู่ระหว่างการพิจารณานั้นไม่เพียงแต่ใช้ในเครื่องจักรไฮดรอลิกเท่านั้น แต่ยังมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นอีกด้วย ด้านล่างนี้เป็นตัวอย่างของระบบและอุปกรณ์ที่การทำงานจะไม่สามารถทำได้หากกฎของ Pascal ไม่ถูกต้อง:

• ในระบบเบรกของรถยนต์และในระบบ ABS ป้องกันล้อล็อกที่รู้จักกันดีซึ่งช่วยป้องกันไม่ให้ล้อรถล็อคระหว่างเบรกซึ่งช่วยหลีกเลี่ยงการลื่นไถลและเลื่อนของรถ นอกจากนี้ ระบบ ABS ยังช่วยให้ผู้ขับขี่สามารถควบคุมรถได้เมื่อเบรกฉุกเฉิน
• ในตู้เย็นและระบบทำความเย็นทุกประเภทที่สารทำงานเป็นสารของเหลว (ฟรีออน)