Paskāla likums šķidrumiem un gāzēm saka, ka spiediens, izplatoties vielā, nemaina tās stiprumu un tiek pārraidīts visos virzienos vienādi. Šķidrās un gāzveida vielas uzvedas zem spiediena ar dažām atšķirībām. Atšķirība ir saistīta ar daļiņu uzvedību un gāzu un šķidrumu svaru. Rakstā mēs to visu detalizēti apsvērsim ar vizuālu eksperimentu palīdzību.
Vai tiek pārraidīts šķidruma spiediens
Ņemsim cilindrisku trauku, kas no augšas hermētiski noslēgts ar virzuli. Iekšpusē ir šķidrums, un uz virzuļa atrodas svars. Tas izdara spiedienu ar spēku, kas vienāds ar tā svaru. Šis spiediens tiek pārnests uz šķidrumu. Tās molekulas, atšķirībā no cieta ķermeņa daļiņām, var brīvi pārvietoties viena pret otru. To izkārtojumā nav stingras kārtības, tie ir izkaisīti nejauši.
Zināšanas par funkcijāmdažādu vielu daļiņu kustība nākotnē palīdzēs mums izprast Paskāla likumu šķidrumiem un gāzēm. Kā izturēsies šķidruma molekulas, ja mēs uz tām iedarbosimies ar svara spiediena spēku? Pieredze mums palīdzēs atbildēt uz šo jautājumu.
Kā šķidrums darbojas zem spiediena
Šķidruma modelis būs stikla lodītes, un trauka modelis būs kaste bez vāka. Bumbiņas, kā arī šķidras vielas daļiņas brīvi pārvietojas traukos. Paņemiet jebkuru priekšmetu, kura platums ir vienāds ar kastes platumu. Tas atdarinās virzuli.
Nospiediet virzuli uz šķidruma. Kā tās molekulas uzvedas? Redzam, ka tie nospiež gan konteinera dibenu, gan tā sieniņas. Viņi spiež viens otru un mēģina izkrist no kastes. Ja tas būtu īsts šķidrums, tad tam būtu tendence izšļakstīties no trauka. Vēlāk, pētot Paskāla likumu par šķidrumiem un gāzēm, mēs to redzēsim praksē. Sakarā ar to, ka molekulas pārvietojas brīvi, svara radītais spiediens tiek pārnests gan uz sāniem, gan uz leju. Un kas notiek, ja šķidrumu aizstājat ar gāzi?
Kā gaiss darbojas zem spiediena
Pieņemsim, ka mums ir cilindrs ar virzuli, kas piepildīts ar gaisu. Novietojiet svaru virs virzuļa. Kā tiek pārnests spiediens uz gāzi? Virzulim virzoties uz leju, attālums starp molekulām gāzes augšpusē samazinās, bet ne uz ilgu laiku. Gāzes molekulu ātrums ir simtiem metru sekundē. Attālums starp tiem ir daudz lielāks par to izmēru. Tie pārvietojas nejaušos virzienos un saduras viens ar otru.
Kad virzuliskrīt, daļiņas vienkārši tiek bloķētas mazākā tilpumā. Rezultātā tie biežāk atsitas pret trauka sieniņām, un, samazinoties gāzes tilpumam, tās spiediens palielinās. Šis postulāts ir jāatceras, lai vēlāk būtu vieglāk saprast Paskāla likumu šķidrumiem un gāzēm. Sitienu skaits sekundē uz kvadrātcentimetru ir gandrīz vienāds. Tas nozīmē, ka virzuļa radītais spiediens tiek pārnests visos virzienos bez izmaiņām.
Spiediena pārnešana dažādos virzienos
Paskāla likums, šķidruma un gāzu spiediena pārnesi nevar saprast, ja nesaprot vienu dīvainību: kā tas nākas, ka mēs nospiežam uz leju, un spiediens tiek pārnests gan uz leju, gan uz sāniem? Bet ko darīt, ja cilindram ir pievienota caurule, vai spiediens caur to tiks pārnests uz augšu? Eksperimentēsim.
Paņemiet divas ar ūdeni piepildītas šļirces un savienojiet tās ar caurulīti. Novērosim, kā spiedienu pārnesīs šķidrums, kas atrodas šļircēs. Nospiediet vienas šļirces virzuli. Spiediena spēks uz virzuli un līdz ar to arī uz šķidrumu ir vērsts uz leju. Tomēr mēs redzam, ka otrās šļirces virzulis paceļas. Izrādās, ka spiediens, kas tiek pārraidīts caur cauruli, maina spēka virzienu. Interesanti, ka šļirces var novietot ne tikai vertikāli, bet arī taisnā leņķī vienu pret otru. Rezultāts būs tāds pats.
Izlejiet ūdeni, un šļircēs būs gaiss. Atkārtosim pieredzi. Eksperimenta gaitā redzēsim, ka gāze arī pārraida spiedienu visos virzienos. Ar šķidrumu ir tikai viena atšķirība. Ja nolaižat viena virzulišļirci uz leju un nofiksējiet ar pirkstu, tad, nospiežot citas šļirces virzuli, gāze saspiedīsies. Tā tilpums samazināsies apmēram divas reizes, un virzulis centīsies pacelties uz augšu. Šī gāze, cenšoties palielināt savu tilpumu, liek virzulim kustēties uz augšu. Ar šķidrumu būtu savādāk, tik viegli saspiest nebūtu iespējams.
Paskāla likums
Ar pieredzes palīdzību pētīsim spiediena pārnesi ar šķidrumu un gāzēm. To izgudroja franču fiziķis Blēzs Paskāls. Paņemiet dobu sfēru, kurai ir piestiprināta stikla caurule. Dažādās bumbiņas daļās (augšpusē, sānos, apakšā) ir nelieli caurumi. Caurules iekšpusē ir ievietots virzulis. Šī ir īpaša ierīce Paskāla likuma demonstrēšanai.
Piepildiet balonu caur cauruli ar ūdeni, lai redzētu, kā tas darbojas. Lai gan gravitācija iedarbojas uz bumbu no augšas uz leju, ūdens strūklas izplūst no bumbas caurumiem leņķī, uz sāniem un pat uz augšu. Protams, tie nedaudz novirzās no sākotnējā virziena, jo uz tiem iedarbojas gravitācija. Mēs redzam, ka spiediens, kas tiek izdarīts uz ūdeni, tiek pārraidīts visos virzienos.
Ja ūdens vietā ņemam dūmus un veiksim šo eksperimentu, mēs paši savām acīm vērosim spiediena pārnesi gāzē, jo dūmi ir gāze, kas iekrāsota ar nelielām sodrēju vai darvas daļiņām. Sakarā ar to, ka tas ir ļoti viegls, to tik ļoti neietekmēs gravitācija, tas neatkāpsies no sākotnējā stāvokļa tik daudz kā ūdens straumes. Mēs varam secināt: izdarītais spiediensuz šķidruma vai gāzes, tiek pārraidīts, nemainot spēku, uz jebkuru šķidruma un gāzes punktu visos virzienos. Šis ir Paskāla likums šķidrumiem un gāzēm. Formula: P=F/S kur P ir spiediens. Tas ir vienāds ar spēka F attiecību pret laukumu S, uz kuru tas iedarbojas perpendikulāri.
