Slavenais 17. gadsimta franču filozofs, matemātiķis un fiziķis Blēzs Paskāls sniedza nozīmīgu ieguldījumu mūsdienu zinātnes attīstībā. Viens no viņa galvenajiem sasniegumiem bija tā sauktā Paskāla likuma formulēšana, kas saistīta ar šķidro vielu īpašībām un to radīto spiedienu. Apskatīsim šo likumu tuvāk.
Zinātnieka īsā biogrāfija
Blēzs Paskāls dzimis 1623. gada 19. jūnijā Klermonferānā, Francijā. Viņa tēvs bija nodokļu iekasēšanas viceprezidents un matemātiķis, bet māte piederēja buržuāziskajai šķirai. Jau no mazotnes Paskāls sāka izrādīt interesi par matemātiku, fiziku, literatūru, valodām un reliģiskajām mācībām. Viņš izgudroja mehānisku kalkulatoru, kas varētu veikt saskaitīšanu un atņemšanu. Viņš pavadīja daudz laika, pētot šķidruma ķermeņu fizikālās īpašības, kā arī izstrādājot spiediena un vakuuma jēdzienus. Viens no svarīgākajiem zinātnieka atklājumiem bija princips, kas nes viņa vārdu - Paskāla likums. Blēzs Paskāls nomira 1662. gadā Parīzē kāju paralīzes dēļ – slimības, kaskas viņu pavadīja no 1646.
Spiediena koncepcija
Pirms apsvērt Paskāla likumu, aplūkosim tādu fizisko lielumu kā spiediens. Tas ir skalārs fiziskais lielums, kas apzīmē spēku, kas iedarbojas uz noteiktu virsmu. Kad spēks F sāk darboties uz A laukuma virsmu, kas ir perpendikulāra tai, tad spiedienu P aprēķina, izmantojot šādu formulu: P=F / A. Spiedienu mēra Starptautiskajā mērvienību sistēmā SI paskalos (1 Pa=1 N/m2), tas ir, par godu Blēzam Paskālam, kurš daudzus savus darbus veltīja spiediena jautājums.
Ja spēks F iedarbojas uz doto virsmu A nevis perpendikulāri, bet kaut kādā leņķī α pret to, tad spiediena izteiksme būs šāda: P=Fsin(α)/A, šajā gadījumā Fsin(α) ir spēka F perpendikulāra sastāvdaļa virsmai A.
Paskāla likums
Fizikā šo likumu var formulēt šādi:
Spiediens uz praktiski nesaspiežamu šķidru vielu, kas atrodas līdzsvarā traukā ar nedeformējamām sienām, tiek pārnests visos virzienos ar vienādu intensitāti.
Šī likuma pareizību varat pārliecināties šādi: jāņem doba sfēra, jāizveido tajā dažādās vietās caurumi, jāievada šī sfēra ar virzuli un jāpiepilda ar ūdeni. Tagad, piespiežot ūdeni ar virzuli, jūs varat redzēt, kā tas izplūst no visām caurumiem ar vienādu ātrumu, kas nozīmē, ka ūdens spiediens katras urbuma zonā ir vienāds.
Šķidrumi un gāzes
Paskāla likums ir formulēts šķidrām vielām. Šķidrumi un gāzes ietilpst šajā jēdzienā. Tomēr atšķirībā no gāzēm molekulas, kas veido šķidrumu, atrodas tuvu viena otrai, kā rezultātā šķidrumiem ir tāda īpašība kā nesaspiežamība.
Pateicoties šķidruma nesaspiežamības īpašībai, kad noteiktā tā tilpumā tiek izveidots galīgs spiediens, tas tiek pārraidīts visos virzienos, nezaudējot intensitāti. Tieši par to ir domāts Paskāla princips, kas formulēts ne tikai šķidrumam, bet arī nesaspiežamām vielām.
Ņemot vērā jautājumu par "gāzes spiedienu un Paskāla likumu", šajā kontekstā jāsaka, ka gāzes, atšķirībā no šķidrumiem, ir viegli saspiežamas, nesaglabājot tilpumu. Tas noved pie tā, ka, pieliekot ārēju spiedienu uz noteiktu gāzes daudzumu, tas tiek pārraidīts arī visos virzienos un virzienos, bet tajā pašā laikā tas zaudē intensitāti, un tā zudums būs spēcīgāks, jo mazāks blīvums. no gāzes.
Tādējādi Paskāla princips ir spēkā tikai šķidriem datu nesējiem.
Pascal princips un hidrauliskā iekārta
Paskāla princips tiek izmantots dažādās hidrauliskajās ierīcēs. Lai šajās ierīcēs izmantotu Paskāla likumu, ir derīga šāda formula: P=P0+ρgh, šeit P ir spiediens, kas darbojas šķidrumā dziļumā h., ρ - ir šķidruma blīvums, P0 ir spiediens, kas tiek pielikts uz šķidruma virsmu, g (9, 81m/s2) - brīvā kritiena paātrinājums mūsu planētas virsmas tuvumā.
Hidrauliskās mašīnas darbības princips ir šāds: viens ar otru ir savienoti divi cilindri, kuriem ir atšķirīgs diametrs. Šis sarežģītais trauks ir piepildīts ar kādu šķidrumu, piemēram, eļļu vai ūdeni. Katrs cilindrs ir aprīkots ar virzuli, lai starp cilindru un traukā esošā šķidruma virsmu nepaliktu gaiss.
Pieņemsim, ka noteikts spēks F1 iedarbojas uz virzuli cilindrā ar mazāku sekciju, tad tas rada spiedienu P1 =F 1/A1. Saskaņā ar Paskāla likumu spiediens P1 tiks nekavējoties pārnests uz visiem telpas punktiem šķidruma iekšienē saskaņā ar iepriekš minēto formulu. Rezultātā spiediens P1 ar spēku F2=P1 A 2=F1A2/A1. Spēks F2 tiks vērsts pretēji spēkam F1, tas ir, tam būs tendence stumt virzuli uz augšu, kamēr tas būs lielāks par spēks F1 tieši tik reižu, cik atšķiras mašīnas cilindru šķērsgriezuma laukums.
Tādējādi Paskāla likums ļauj pacelt lielas kravas ar nelieliem līdzsvarošanas spēkiem, kas ir sava veida Arhimēda svira.
Citi Paskāla principa pielietojumi
Apskatītais likums tiek izmantots ne tikai hidrauliskajās mašīnās, bet arī atrodplašāks pielietojums. Tālāk ir sniegti sistēmu un ierīču piemēri, kuru darbība būtu neiespējama, ja Paskāla likums nebūtu spēkā:
- Automobiļu bremžu sistēmās un labi zināmajā pretbloķēšanas ABS sistēmā, kas novērš automašīnas riteņu bloķēšanu bremzēšanas laikā, kas palīdz izvairīties no transportlīdzekļa slīdēšanas un izslīdēšanas. Turklāt ABS sistēma ļauj vadītājam saglabāt kontroli pār transportlīdzekli, kad tas veic avārijas bremzēšanu.
- Jebkura veida ledusskapjos un dzesēšanas sistēmās, kur darba viela ir šķidra viela (freons).
