Pascalov zákon pre kvapaliny a plyny. Prenos tlaku kvapalinami a plynmi

Pascalov zákon pre kvapaliny a plyny uvádza, že tlak šíriaci sa v látke nemení svoju silu a prenáša sa vo všetkých smeroch rovnako. Kvapalné a plynné látky sa správajú pod tlakom s určitými rozdielmi. Rozdiel je spôsobený správaním častíc a hmotnosťou plynov a kvapalín. V článku to všetko podrobne zvážime pomocou vizuálnych experimentov.

Je prenášaný tlak tekutiny

Zoberme si valcovú nádobu, ktorá je hermeticky uzavretá piestom zhora. Vo vnútri je tekutina a na pieste je závažie. Vyvíja tlak silou rovnajúcou sa jej hmotnosti. Tento tlak sa prenáša na kvapalinu. Jeho molekuly sa na rozdiel od pevných častíc tela môžu navzájom voľne pohybovať. V ich usporiadaní nie je prísny poriadok, sú chaoticky rozptýlené.

Znalosti o vlastnostiach pohybu častíc rôznych látok nám ďalej pomôžu pochopiť Pascalov zákon pre kvapaliny a plyny. Ako sa budú správať molekuly kvapaliny, ak na ne budeme pôsobiť silou tlaku kettlebell? Skúsenosti nám pomôžu odpovedať na túto otázku.

Ako sa kvapalina správa pod tlakom

Modelom kvapaliny budú sklenené gule a modelom nádoby bude krabica bez veka. Guľôčky, ako aj častice kvapalnej hmoty, sa voľne pohybujú v nádobe. Zoberme si akýkoľvek objekt, ktorý má rovnakú šírku ako šírka škatule. Bude simulovať piest.

Stlačte piest na kvapalinu. Ako sa správajú jeho molekuly? Vidíme, že tlačia na dno nádoby aj na jej steny. Tlačia sa navzájom a majú tendenciu vypadávať z krabice. Keby to bola skutočná tekutina, mala by tendenciu vystrekovať z nádoby. Neskôr, keď študujeme Pascalov zákon pre kvapaliny a plyny, uvidíme to prostredníctvom skúseností. Vzhľadom na to, že sa molekuly voľne pohybujú, tlak vyvíjaný hmotnosťou sa prenáša do strán aj dole. A čo sa stane, ak nahradíte kvapalinu plynom?

Ako sa vzduch správa pod tlakom

Povedzme, že máme valec s piestom naplneným vzduchom. Dali sme zaťaženie na vrch piestu. Ako sa prenáša tlak na plyn? Keď sa piest pohybuje nadol, vzdialenosť medzi molekulami v hornej časti plynu klesá, ale nie je to dlho. Rýchlosť molekúl plynu je stovky metrov za sekundu. Vzdialenosť medzi nimi je oveľa väčšia ako ich veľkosť. Pohybujú sa v náhodných smeroch a navzájom sa zrážajú.

Keď je piest spustený, častice sa jednoducho zablokujú v menšom objeme. V dôsledku toho často narážajú na steny nádoby a so znížením objemu plynu sa zvyšuje jeho tlak. Tento postulát si treba pamätať, aby bolo neskôr ľahšie pochopiť Pascalov zákon pre kvapaliny a plyny. Počet úderov za sekundu na štvorcový centimeter je takmer rovnaký. To znamená, že tlak produkovaný piestom sa prenáša vo všetkých smeroch bez zmeny.

Prenos tlaku v rôznych smeroch

Pascalov zákon, prenos tlaku kvapalinami a plynmi nemožno pochopiť, ak človek nerozumie jednej zvláštnosti: ako to dopadne, že stlačíme a tlak sa prenáša dole aj do strán? A čo keď je k valcu pripevnená trubica, bude sa cez ňu prenášať tlak? Poďme vykonať experiment.

Vezmite dve injekčné striekačky naplnené vodou a spojte ich s hadičkou. Pozrime sa, ako bude tlak prenášaný kvapalinou, ktorá je v injekčných striekačkách. Stlačte piest jednej injekčnej striekačky. Tlaková sila na piest, a teda na kvapalinu, smeruje nadol. Vidíme však, že piest druhej striekačky stúpa nahor. Ukazuje sa, že tlak prenášaný cez trubicu mení smer sily. Zaujímavé je, že injekčné striekačky môžu byť umiestnené nielen vertikálne, ale aj v pravom uhle k sebe. Výsledok bude rovnaký.

Vylejte vodu a v injekčných striekačkách bude vzduch. Zopakujme si skúsenosť. Počas experimentu uvidíme, že plyn tiež prenáša tlak vo všetkých smeroch. Existuje len jeden rozdiel s kvapalinou. Ak spustíte piest jednej injekčnej striekačky čo najviac nadol a zafixujete ju prstom, potom keď stlačíte piest druhej injekčnej striekačky, plyn sa stlačí. Jeho objem sa zníži približne dvakrát a piest sa bude snažiť odraziť. Tento plyn, ktorý sa snaží zväčšiť svoj objem, spôsobuje, že sa piest pohybuje nahor. S tekutinou by to bolo iné, nebolo by možné ju tak ľahko stlačiť.

Pascalov zákon

Budeme študovať prenos tlaku kvapalinami a plynmi pomocou skúseností. Vynašiel ho francúzsky fyzik Blaise Pascal. Vezmite dutú guľu, ku ktorej je pripevnená sklenená trubica. V rôznych častiach lopty sú malé otvory (horná, bočná, Spodná). Vo vnútri trubice je umiestnený piest. Toto je špeciálne zariadenie na demonštráciu Pascalovho zákona.

Naplňte balónik vodou cez trubicu, aby ste videli, ako sa bude správať. Aj keď gravitácia pôsobí na loptu zhora nadol, pramienky vody vytekajú z otvorov gule pod uhlom, do strany a dokonca nahor. Samozrejme, trochu sa odchyľujú od pôvodného smeru, pretože na ne pôsobí gravitácia. Vidíme, že tlak vyvíjaný na vodu sa prenáša vo všetkých smeroch.

Ak vezmeme dym namiesto vody a urobíme tento experiment, budeme pozorovať prenos tlak v plyne z prvej ruky, pretože dym je plyn zafarbený malými časticami sadzí alebo živice. Vzhľadom na to, že je veľmi ľahký, gravitácia ho až tak neovplyvní, neodchýli sa od svojej pôvodnej polohy rovnako ako pramienky vody. Môžeme vyvodiť nasledujúci záver: tlak vyvíjaný na kvapalinu alebo plyn sa prenáša bez zmeny sily do ktoréhokoľvek bodu kvapaliny a plynu vo všetkých smeroch. Toto je Pascalov zákon pre kvapaliny a plyny. Vzorec: P = F / S, kde P je tlak. Rovná sa pomeru sily F K oblasti s, na ktorú pôsobí kolmo.