Định luậtPascal cho chất lỏng và chất khí nói rằng áp suất, lan truyền trong một chất, không thay đổi cường độ của nó và được truyền theo mọi hướng như nhau. Chất lỏng và chất khí hoạt động dưới áp suất có một số khác biệt. Sự khác biệt là do hành vi của các hạt và trọng lượng của chất khí và chất lỏng. Trong bài viết, chúng tôi sẽ xem xét tất cả những điều này một cách chi tiết với sự trợ giúp của các thí nghiệm trực quan.
Áp suất chất lỏng được truyền đi
Hãy lấy một cái bình hình trụ, được bịt kín từ trên cao bằng một pít-tông. Có một chất lỏng bên trong, và một trọng lượng nằm trên piston. Nó tạo áp lực với một lực bằng trọng lượng của nó. Áp suất này được truyền sang chất lỏng. Các phân tử của nó, không giống như các hạt của một vật rắn, có thể tự do chuyển động tương đối với nhau. Không có trật tự nghiêm ngặt trong cách sắp xếp của chúng, chúng nằm rải rác một cách ngẫu nhiên.
Kiến thức về các tính năngchuyển động của các hạt của các chất khác nhau trong tương lai sẽ giúp chúng ta hiểu được định luật Pascal đối với chất lỏng và chất khí. Các phân tử chất lỏng sẽ hoạt động như thế nào nếu chúng ta tác dụng lên chúng bằng lực ép của quả nặng? Kinh nghiệm sẽ giúp chúng ta trả lời câu hỏi này.
Chất lỏng hoạt động như thế nào dưới áp lực
Mô hình của chất lỏng sẽ là các hạt thủy tinh, và mô hình của bình sẽ là một hộp không có nắp. Các quả bóng, cũng như các hạt của chất lỏng, chuyển động tự do trong vật chứa. Lấy bất kỳ mục nào có cùng chiều rộng với chiều rộng của hộp. Nó sẽ bắt chước một piston.
Đẩy piston trên chất lỏng. Làm thế nào để các phân tử của nó hoạt động? Chúng tôi thấy rằng chúng ép cả vào đáy của thùng chứa và trên thành của thùng chứa. Họ đẩy nhau và cố gắng rơi ra khỏi hộp. Nếu nó là một chất lỏng thực sự, thì nó sẽ có xu hướng văng ra khỏi bình. Sau này, khi nghiên cứu định luật Pascal cho chất lỏng và chất khí, chúng ta sẽ thấy điều này trong thực tế. Do các phân tử chuyển động tự do nên áp suất do trọng lượng tác dụng truyền sang hai bên và truyền xuống dưới. Và điều gì sẽ xảy ra nếu bạn thay chất lỏng bằng chất khí?
Không khí hoạt động như thế nào dưới áp suất
Giả sử chúng ta có một xi lanh với một piston chứa đầy không khí. Đặt một quả nặng lên đầu pít-tông. Áp suất tác dụng lên chất khí như thế nào? Khi piston di chuyển xuống, khoảng cách giữa các phân tử ở đầu khí giảm, nhưng không lâu. Tốc độ của các phân tử khí là hàng trăm mét trên giây. Khoảng cách giữa chúng lớn hơn nhiều so với kích thước của chúng. Chúng di chuyển theo các hướng ngẫu nhiên và va chạm với nhau.
Khi pistonrơi xuống, các hạt chỉ đơn giản là bị khóa trong một khối lượng nhỏ hơn. Kết quả là, chúng thường xuyên va vào thành bình hơn, và khi thể tích của chất khí giảm, áp suất của nó tăng lên. Cần ghi nhớ định đề này để sau này hiểu định luật Pascal cho chất lỏng và chất khí dễ dàng hơn. Số nhịp mỗi giây trên một cm vuông gần như giống nhau. Điều này có nghĩa là áp suất mà piston tạo ra được truyền theo mọi hướng mà không thay đổi.
Truyền áp suất theo các hướng khác nhau
Định luật Pascal, sự truyền áp suất của chất lỏng và chất khí sẽ không thể hiểu được nếu người ta không hiểu một điều kỳ lạ: làm thế nào mà chúng ta nhấn xuống, và áp suất được truyền cả xuống lẫn sang hai bên? Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu một ống được gắn vào hình trụ, áp suất sẽ được truyền lên trên qua nó? Hãy thử nghiệm.
Lấy hai ống tiêm chứa đầy nước và nối chúng bằng một ống. Hãy quan sát xem chất lỏng có trong ống tiêm sẽ truyền áp suất như thế nào. Nhấn vào pít-tông của một ống tiêm. Lực của áp suất lên pít-tông, và do đó lên chất lỏng, hướng xuống dưới. Tuy nhiên, chúng ta thấy rằng piston của ống tiêm thứ hai tăng lên. Nó chỉ ra rằng áp suất, truyền qua ống, thay đổi hướng của lực. Điều thú vị là ống tiêm có thể được đặt không chỉ theo chiều dọc mà còn ở các góc vuông với nhau. Kết quả sẽ giống nhau.
Đổ nước ra, và sẽ có không khí trong ống tiêm. Hãy lặp lại kinh nghiệm. Trong quá trình làm thí nghiệm, chúng ta sẽ thấy rằng chất khí cũng truyền áp suất theo mọi phương. Chỉ có một sự khác biệt với chất lỏng. Nếu bạn hạ thấp pít-tông của mộtống tiêm xuống và cố định nó bằng ngón tay của bạn, sau đó khi bạn ấn vào pít-tông của một ống tiêm khác, khí sẽ nén lại. Khối lượng của nó sẽ giảm khoảng hai lần, và piston sẽ cố gắng bật lên. Khí này, tìm cách tăng thể tích của nó, làm cho piston chuyển động lên trên. Nó sẽ khác với chất lỏng, không thể nén nó dễ dàng như vậy được.
Định luật Pascal
Chúng tôi sẽ nghiên cứu sự truyền áp suất của chất lỏng và chất khí với sự giúp đỡ của kinh nghiệm. Nó được phát minh bởi nhà vật lý người Pháp Blaise Pascal. Lấy một quả cầu rỗng có gắn một ống thủy tinh. Ở các phần khác nhau của quả bóng (trên, bên, dưới) có các lỗ nhỏ. Một pít-tông được đặt bên trong ống. Đây là một thiết bị đặc biệt để chứng minh định luật Pascal.
Đổ đầy nước vào quả bóng bay qua ống để xem nó hoạt động như thế nào. Mặc dù trọng lực tác động lên quả bóng từ trên xuống dưới, nhưng các dòng nước nhỏ giọt sẽ chảy ra khỏi các lỗ của quả bóng theo một góc, sang một bên và thậm chí là hướng lên trên. Tất nhiên, chúng lệch đi một chút so với hướng ban đầu của chúng, bởi vì trọng lực tác động lên chúng. Chúng ta thấy rằng áp lực tác dụng lên nước được truyền theo mọi hướng.
Nếu thay vì lấy nước, chúng ta lấy khói và làm thí nghiệm này, chúng ta sẽ tận mắt quan sát sự chuyển áp suất trong một chất khí, bởi vì khói là một chất khí có màu với các hạt nhỏ muội hoặc hắc ín. Do rất nhẹ nên nó sẽ không bị tác động bởi trọng lực nhiều, không bị lệch khỏi vị trí ban đầu nhiều như các dòng nước. Chúng ta có thể kết luận điều này: áp lựctrên chất lỏng hoặc chất khí, được truyền lực, không thay đổi, tới bất kỳ điểm nào của chất lỏng và chất khí theo mọi hướng. Đây là định luật Pascal cho chất lỏng và chất khí. Công thức: P=F / S trong đó P là áp suất. Nó bằng tỉ số của lực F với diện tích S mà nó tác dụng vuông góc.
