قدم الفيلسوف وعالم الرياضيات والفيزيائي الفرنسي الشهير بليز باسكال من القرن السابع عشر مساهمة مهمة في تطوير العلم الحديث. كان أحد إنجازاته الرئيسية صياغة ما يسمى بقانون باسكال ، والذي يرتبط بخصائص المواد السائلة والضغط الناتج عنها. دعونا نلقي نظرة فاحصة على هذا القانون.
السيرة الذاتية القصيرة للعالم
ولدت بليز باسكال في 19 يونيو 1623 في كليرمون فيران بفرنسا. كان والده نائبًا لرئيس جباية الضرائب وعالمًا في الرياضيات ، وكانت والدته تنتمي إلى الطبقة البرجوازية. منذ صغره ، بدأ باسكال في إبداء الاهتمام بالرياضيات والفيزياء والأدب واللغات والتعاليم الدينية. اخترع آلة حاسبة ميكانيكية يمكنها إجراء عمليات الجمع والطرح. قضى الكثير من الوقت في دراسة الخصائص الفيزيائية للأجسام السائلة ، وكذلك تطوير مفاهيم الضغط والفراغ. كان من أهم اكتشافات العالم المبدأ الذي يحمل اسمه - قانون باسكال. توفي بليز باسكال في عام 1662 في باريس بسبب شلل في الساقين - وهو مرض كانالذي رافقه من عام 1646.
مفهوم الضغط
قبل التفكير في قانون باسكال ، دعونا نتعامل مع كمية مادية مثل الضغط. إنها كمية مادية قياسية تدل على القوة التي تعمل على سطح معين. عندما تبدأ قوة F بالتأثير على سطح منطقة A متعامدة عليها ، يتم حساب الضغط P باستخدام الصيغة التالية: P=F / A. يقاس الضغط في النظام الدولي للوحدات SI بالباسكال (1 Pa=1 N / m2) ، أي تكريمًا لبليز باسكال ، الذي كرس العديد من أعماله ل موضوع الضغط
إذا كانت القوة F تعمل على سطح معين A ليس بشكل عمودي ، ولكن عند زاوية ما α ، فإن التعبير عن الضغط سيأخذ الشكل: P=Fsin (α) / A ، في هذه الحالة Fsin (α) هو المكون العمودي للقوة F على السطح أ.
قانون باسكال
في الفيزياء ، يمكن صياغة هذا القانون على النحو التالي:
الضغط المطبق على مادة سائلة غير قابلة للضغط عمليًا ، والتي تكون في حالة توازن في وعاء به جدران غير قابلة للتشوه ، ينتقل في جميع الاتجاهات بنفس الشدة.
يمكنك التحقق من صحة هذا القانون على النحو التالي: تحتاج إلى أن تأخذ كرة مجوفة ، وتصنع ثقوبًا بها في أماكن مختلفة ، وتزود هذه الكرة بمكبس وتعبئتها بالماء. الآن ، من خلال الضغط على الماء بالمكبس ، يمكنك أن ترى كيف ينسكب من جميع الثقوب بنفس السرعة ، مما يعني أن ضغط الماء في منطقة كل ثقب هو نفسه.
سوائل وغازات
تمت صياغة قانون باسكال للمواد السائلة. السوائل والغازات تندرج تحت هذا المفهوم. ومع ذلك ، على عكس الغازات ، فإن الجزيئات التي تشكل سائلًا تقع بالقرب من بعضها البعض ، مما يتسبب في أن يكون للسوائل خاصية مثل عدم الانضغاط.
نظرًا لخاصية عدم انضغاط السائل ، فعند إنشاء ضغط محدود في حجم معين منه ، ينتقل في جميع الاتجاهات دون فقدان الشدة. هذا هو بالضبط ما يدور حوله مبدأ باسكال ، والذي تمت صياغته ليس فقط للسوائل ، ولكن أيضًا للمواد غير القابلة للضغط.
بالنظر إلى مسألة "ضغط الغاز وقانون باسكال" ، في ضوء ذلك ، ينبغي القول إن الغازات ، على عكس السوائل ، تنضغط بسهولة دون الاحتفاظ بالحجم. هذا يؤدي إلى حقيقة أنه عند تطبيق ضغط خارجي على حجم معين من الغاز ، فإنه ينتقل أيضًا في جميع الاتجاهات والاتجاهات ، ولكنه في نفس الوقت يفقد شدته ، وستكون خسارته أقوى ، كلما قلت الكثافة من الغاز.
وبالتالي ، فإن مبدأ باسكال صالح فقط للوسائط السائلة.
مبدأ باسكال والآلة الهيدروليكية
يستخدم مبدأ باسكال في العديد من الأجهزة الهيدروليكية. من أجل استخدام قانون باسكال في هذه الأجهزة ، فإن الصيغة التالية صحيحة: P=P0+ ρgh ، هنا P هو الضغط الذي يعمل في السائل عند العمق h ، ρ - هي كثافة السائل ، P0هو الضغط المطبق على سطح السائل ، g (9 ، 81م / ث2) - تسارع السقوط الحر بالقرب من سطح كوكبنا.
مبدأ تشغيل الآلة الهيدروليكية كما يلي: يتم توصيل أسطوانتين بأقطار مختلفة مع بعضهما البعض. تمتلئ هذه الوعاء المعقد ببعض السوائل ، مثل الزيت أو الماء. كل اسطوانة مزودة بمكبس حتى لا يتبقى هواء بين الاسطوانة وسطح السائل في الوعاء.
افترض أن قوة معينة F1تعمل على مكبس في أسطوانة ذات قسم أصغر ، ثم تخلق ضغطًا P1=F 1/ A1. وفقًا لقانون باسكال ، سيتم نقل الضغط P1على الفور إلى جميع نقاط الفراغ داخل السائل وفقًا للصيغة أعلاه. نتيجة لذلك ، فإن الضغط P1مع القوة F2=P1 A2=F1 A2/ A1. سيتم توجيه القوة F2عكس القوة F1، أي أنها ستميل إلى دفع المكبس لأعلى ، بينما سيكون أكبر من القوة F1بالضبط عدد المرات التي تختلف فيها مساحة المقطع العرضي لأسطوانات الآلة.
هكذا ، يسمح قانون باسكال برفع الأحمال الكبيرة بقوى موازنة صغيرة ، وهو نوع من رافعة أرخميدس.
تطبيقات أخرى لمبدأ باسكال
لا يتم استخدام القانون المدروس في الآلات الهيدروليكية فحسب ، بل في الاكتشافاتتطبيق أوسع. فيما يلي أمثلة على الأنظمة والأجهزة التي سيكون تشغيلها مستحيلًا إذا كان قانون باسكال غير صالح:
- في أنظمة مكابح السيارات وفي نظام ABS المعروف جيداً مانع للانغلاق ، والذي يمنع عجلات السيارة من الانسداد أثناء الكبح مما يساعد على تجنب انزلاق وانزلاق السيارة. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح نظام ABS للسائق بالحفاظ على السيطرة على السيارة عندما يقوم الأخير بالفرملة الطارئة.
- في أي نوع من الثلاجات وأنظمة التبريد حيث تكون مادة العمل مادة سائلة (فريون).
