De beroemde Franse filosoof, wiskundige en natuurkundige van de 17e eeuw Blaise Pascal heeft een belangrijke bijdrage geleverd aan de ontwikkeling van de moderne wetenschap. Een van zijn belangrijkste prestaties was de formulering van de zogenaamde wet van Pascal, die wordt geassocieerd met de eigenschap van vloeibare stoffen en de druk die daardoor wordt gecreëerd. Laten we deze wet eens nader bekijken.
Wetenschappers korte biografie
Blaise Pascal werd geboren op 19 juni 1623 in Clermont-Ferrand, Frankrijk. Zijn vader was een vice-president van belastinginning en een wiskundige, en zijn moeder behoorde tot de burgerlijke klasse. Al op jonge leeftijd begon Pascal interesse te tonen in wiskunde, natuurkunde, literatuur, talen en religieuze leringen. Hij vond een mechanische rekenmachine uit die kon optellen en aftrekken. Hij besteedde veel tijd aan het bestuderen van de fysieke eigenschappen van vloeibare lichamen, en aan het ontwikkelen van de concepten druk en vacuüm. Een van de belangrijke ontdekkingen van de wetenschapper was het principe dat zijn naam draagt: de wet van Pascal. Blaise Pascal stierf in 1662 in Parijs als gevolg van verlamming van de benen - een ziekte diedie hem vanaf 1646 vergezelde.
Drukconcept
Laten we, voordat we de wet van Pascal beschouwen, kijken naar een fysieke hoeveelheid als druk. Het is een scalaire fysieke grootheid die de kracht aangeeft die op een bepaald oppervlak werkt. Wanneer een kracht F begint in te werken op een oppervlak van gebied A dat er loodrecht op staat, dan wordt de druk P berekend met de volgende formule: P=F / A. De druk wordt gemeten in het International System of Units SI in pascals (1 Pa=1 N/m2), dat wil zeggen ter ere van Blaise Pascal, die veel van zijn werken wijdde aan de kwestie van druk.
Als de kracht F op een bepaald oppervlak A niet loodrecht, maar onder een bepaalde hoek α erop inwerkt, dan zal de uitdrukking voor druk de vorm aannemen: P=Fsin(α)/A, in dit geval Fsin(α) is de loodrechte component van de kracht F op het oppervlak A.
Wet van Pascal
In de natuurkunde kan deze wet als volgt worden geformuleerd:
Druk uitgeoefend op een praktisch onsamendrukbare vloeibare substantie, die in evenwicht is in een vat met niet-vervormbare wanden, wordt met dezelfde intensiteit in alle richtingen overgebracht.
Je kunt de juistheid van deze wet als volgt controleren: je moet een holle bol nemen, er op verschillende plaatsen gaten in maken, deze bol voorzien van een zuiger en deze vullen met water. Door nu met de zuiger druk op het water uit te oefenen, kun je zien hoe het met dezelfde snelheid uit alle gaten stroomt, wat betekent dat de waterdruk in het gebied van elk gat hetzelfde is.
Vloeistoffen en gassen
De wet van Pascal is geformuleerd voor vloeibare stoffen. Vloeistoffen en gassen vallen onder dit begrip. In tegenstelling tot gassen bevinden de moleculen die een vloeistof vormen zich echter dicht bij elkaar, waardoor vloeistoffen zo'n eigenschap hebben als onsamendrukbaarheid.
Vanwege de eigenschap van onsamendrukbaarheid van een vloeistof, wanneer een eindige druk wordt gecreëerd in een bepaald volume ervan, wordt deze in alle richtingen overgedragen zonder verlies van intensiteit. Dit is precies waar het principe van Pascal over gaat, dat niet alleen is geformuleerd voor vloeibare, maar ook voor onsamendrukbare stoffen.
Gezien de kwestie van "gasdruk en de wet van Pascal", in dit licht, moet worden gezegd dat gassen, in tegenstelling tot vloeistoffen, gemakkelijk kunnen worden samengeperst zonder volume te behouden. Dit leidt ertoe dat wanneer een externe druk op een bepaald gasvolume wordt uitgeoefend, het ook in alle richtingen en richtingen wordt overgedragen, maar tegelijkertijd verliest het intensiteit, en het verlies zal sterker zijn, hoe lager de dichtheid van het gas.
Het principe van Pascal is dus alleen geldig voor vloeibare media.
Pascal-principe en hydraulische machine
Pascal's principe wordt gebruikt in verschillende hydraulische apparaten. Om de wet van Pascal in deze apparaten te gebruiken, is de volgende formule geldig: P=P0+ρgh, hier is P de druk die in de vloeistof werkt op diepte h, ρ - is de dichtheid van de vloeistof, P0 is de druk die wordt uitgeoefend op het oppervlak van de vloeistof, g (9, 81m/s2) - vrije valversnelling nabij het oppervlak van onze planeet.
Het werkingsprincipe van een hydraulische machine is als volgt: twee cilinders met verschillende diameters zijn met elkaar verbonden. Dit complexe vat is gevuld met een vloeistof, zoals olie of water. Elke cilinder is voorzien van een zuiger zodat er geen lucht tussen de cilinder en het vloeistofoppervlak in het vat achterblijft.
Veronderstel dat een bepaalde kracht F1 inwerkt op een zuiger in een cilinder met een kleinere doorsnede, dan ontstaat er druk P1 =F 1/A1. Volgens de wet van Pascal zal de druk P1 onmiddellijk worden overgebracht naar alle punten van de ruimte in de vloeistof in overeenstemming met de bovenstaande formule. Als resultaat is de druk P1 met de kracht F2=P1 A 2=F1A2/A1. De kracht F2 zal gericht zijn tegengesteld aan de kracht F1, dat wil zeggen, het zal de neiging hebben om de zuiger omhoog te duwen, terwijl het groter zal zijn dan de kracht F1 precies zo vaak als de dwarsdoorsnede van de cilinders van de machine verschilt.
Zo stelt de wet van Pascal je in staat om grote lasten op te tillen met kleine balancerende krachten, wat een soort hefboom van Archimedes is.
Andere toepassingen van het principe van Pascal
De weloverwogen wet wordt niet alleen gebruikt in hydraulische machines, maar ook in vondstenbredere toepassing. Hieronder staan voorbeelden van systemen en apparaten waarvan de werking onmogelijk zou zijn als de wet van Pascal niet geldig was:
- In de remsystemen van auto's en in het bekende antiblokkeer-ABS-systeem, dat voorkomt dat de wielen van de auto blokkeren tijdens het remmen, waardoor slippen en wegglijden van het voertuig wordt voorkomen. Bovendien stelt het ABS-systeem de bestuurder in staat de controle over het voertuig te behouden wanneer deze een noodremming uitvoert.
- In elk type koelkast en koelsysteem waar de werkzame stof een vloeibare stof (freon) is.
