Nhà triết học, toán học và vật lý học nổi tiếng người Pháp ở thế kỷ 17 Blaise Pascal đã đóng góp quan trọng vào sự phát triển của khoa học hiện đại. Một trong những thành tựu chính của ông là xây dựng được cái gọi là định luật Pascal, định luật này gắn liền với tính chất của các chất lỏng và áp suất do chúng tạo ra. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn luật này.
Tiểu sử ngắn của nhà khoa học
Blaise Pascal sinh ngày 19 tháng 6 năm 1623 tại Clermont-Ferrand, Pháp. Cha của ông là một phó chủ tịch thu thuế và một nhà toán học, và mẹ ông thuộc giai cấp tư sản. Từ khi còn nhỏ, Pascal đã bắt đầu tỏ ra quan tâm đến toán học, vật lý, văn học, ngôn ngữ và các giáo lý tôn giáo. Ông đã phát minh ra một máy tính cơ học có thể thực hiện các phép cộng và trừ. Ông đã dành nhiều thời gian để nghiên cứu các đặc tính vật lý của các thể chất lỏng, cũng như phát triển các khái niệm về áp suất và chân không. Một trong những khám phá quan trọng của nhà khoa học là nguyên lý mang tên ông - định luật Pascal. Blaise Pascal qua đời năm 1662 tại Paris do bị liệt hai chân - một căn bệnhngười đã đồng hành cùng anh ấy từ năm 1646.
Khái niệm áp suất
Trước khi xem xét định luật Pascal, chúng ta hãy xem một đại lượng vật lý như áp suất. Nó là một đại lượng vật lý vô hướng biểu thị lực tác dụng lên một bề mặt nhất định. Khi một lực F bắt đầu tác dụng lên bề mặt có diện tích A vuông góc với nó thì áp suất P được tính theo công thức sau: P=F / A. Áp suất được đo trong Hệ đơn vị quốc tế SI tính bằng pascal (1 Pa=1 N / m2), nghĩa là, để vinh danh Blaise Pascal, người đã cống hiến nhiều công trình của mình cho vấn đề áp lực.
Nếu lực F tác dụng lên một mặt A nhất định không vuông góc với nó một góc α nào đó, thì biểu thức áp suất sẽ có dạng: P=Fsin (α) / A, trong trường hợp này Fsin (α) là thành phần vuông góc của lực F lên bề mặt A.
Định luật Pascal
Trong vật lý, định luật này có thể được xây dựng như sau:
Áp suất tác dụng lên một chất lỏng thực tế không thể nén được, ở trạng thái cân bằng trong một bình có thành không biến dạng, được truyền theo mọi hướng với cùng cường độ.
Bạn có thể xác minh tính đúng đắn của định luật này như sau: bạn cần lấy một quả cầu rỗng, tạo lỗ trên nó ở nhiều nơi khác nhau, cung cấp quả cầu này bằng một piston và đổ đầy nước vào quả cầu này. Bây giờ, bằng cách tạo áp lực lên nước bằng pít-tông, bạn có thể thấy cách nó phun ra khỏi tất cả các lỗ với cùng tốc độ, có nghĩa là áp suất nước trong khu vực của lỗ khoan là như nhau.
Chất lỏng và khí
Định luật Pascal được xây dựng cho các chất lỏng. Chất lỏng và chất khí thuộc khái niệm này. Tuy nhiên, không giống như chất khí, các phân tử tạo thành chất lỏng nằm gần nhau, điều này khiến chất lỏng có đặc tính như không thể nén được.
Do tính chất không thể nén của chất lỏng, khi một áp suất hữu hạn được tạo ra trong một thể tích nhất định của nó, nó sẽ được truyền theo mọi hướng mà không bị giảm cường độ. Đây chính xác là nguyên lý của Pascal, được xây dựng không chỉ cho chất lỏng mà còn cho các chất không nén được.
Xét câu hỏi về "áp suất chất khí và định luật Pascal", theo cách hiểu này, cần nói rằng chất khí, không giống như chất lỏng, dễ bị nén mà không giữ lại thể tích. Điều này dẫn đến khi một áp suất bên ngoài tác dụng vào một thể tích khí nhất định thì nó cũng truyền theo mọi phương và chiều, nhưng đồng thời nó bị mất cường độ, và sự mất mát của nó sẽ càng mạnh, khối lượng riêng càng giảm. của khí.
Vì vậy, nguyên tắc của Pascal chỉ có hiệu lực đối với môi trường lỏng.
Nguyên lý Pascal và máy thủy lực
Pascal được sử dụng trong các thiết bị thủy lực khác nhau. Để sử dụng định luật Pascal trong các thiết bị này, công thức sau là hợp lệ: P=P0+ ρgh, ở đây P là áp suất tác dụng lên chất lỏng ở độ sâu h, ρ - là khối lượng riêng của chất lỏng, P0là áp suất tác dụng lên bề mặt chất lỏng, g (9, 81m / s2) - gia tốc rơi tự do gần bề mặt hành tinh của chúng ta.
Nguyên lý hoạt động của máy thủy bình như sau: hai xi lanh có đường kính khác nhau được nối với nhau. Bình phức tạp này chứa đầy một số chất lỏng, chẳng hạn như dầu hoặc nước. Mỗi xi lanh được cung cấp một pít tông để không có không khí còn lại giữa xi lanh và bề mặt chất lỏng trong bình.
Giả sử rằng một lực F1tác dụng lên một piston trong xi lanh có tiết diện nhỏ hơn, sau đó nó tạo ra áp suất P1=F 1/ A1. Theo định luật Pascal, áp suất P1sẽ ngay lập tức được truyền đến tất cả các điểm trong không gian bên trong chất lỏng theo công thức trên. Kết quả là, áp suất P1với lực F2=P1 A2=F1 A2/ A1. Lực F2sẽ có hướng ngược với lực F1, tức là nó sẽ có xu hướng đẩy piston lên, trong khi nó sẽ lớn hơn lực F1chính xác gấp nhiều lần khi diện tích mặt cắt ngang của các xi lanh của máy khác nhau.
Vì vậy, định luật Pascal cho phép bạn nâng tải trọng lớn với lực cân bằng nhỏ, đây là một loại đòn bẩy của Archimedes.
Các ứng dụng khác của nguyên lý Pascal
Luật được xem xét không chỉ được sử dụng trong máy thủy lực, mà còn được sử dụngứng dụng rộng rãi hơn. Dưới đây là ví dụ về các hệ thống và thiết bị mà hoạt động của chúng sẽ không thể thực hiện được nếu luật Pascal không hợp lệ:
- Trong hệ thống phanh của xe ô tô, hệ thống ABS nổi tiếng chống bó cứng phanh giúp bánh xe không bị bó cứng trong quá trình phanh, giúp xe tránh bị trượt và trượt. Ngoài ra, hệ thống ABS cho phép người lái duy trì quyền kiểm soát xe khi phanh gấp.
- Trong bất kỳ loại tủ lạnh và hệ thống làm lạnh nào mà chất làm việc là chất lỏng (freon).
