PRINSIP PASCAL: SEJARAH, APLIKASI, CONTOH - FIZIKAL - 2025

The prinsip Pascal , Pascal atau negeri undang-undang bahawa perubahan dalam tekanan cecair terkurung di mana-mana tempat dihantar tidak berubah untuk semua mata lain dalam cecair.

Prinsip ini ditemui oleh saintis Perancis Blaise Pascal (1623 - 1662). Oleh kerana pentingnya sumbangan yang diberikan oleh Pascal kepada sains, unit tekanan dalam Sistem Antarabangsa telah dinamakan sebagai penghormatannya.

Gambar 1. Backhoe menggunakan prinsip Pascal untuk mengangkat berat. Sumber: Sumber: publicdomainpictures.net

Oleh kerana tekanan ditakrifkan sebagai nisbah daya tegak lurus ke permukaan dan luasnya, 1 Pascal (Pa) sama dengan 1 newton / m ² .

Sejarah

Untuk menguji prinsipnya, Pascal membuat bukti yang cukup kuat. Dia mengambil bola berongga dan mengebor di beberapa tempat, memasukkan palam ke semua lubang kecuali satu, di mana dia mengisinya dengan air. Di sini dia meletakkan jarum suntik yang dilengkapi dengan pelocok.

Dengan meningkatkan tekanan pada pelocok, plag dilepaskan pada waktu yang sama, kerana tekanan ditularkan sama ke semua titik bendalir dan ke semua arah, sehingga menunjukkan hukum Pascal.

Gambar 2. picagari Pascal. sumber: Wikimedia Commons.

Blaise Pascal berumur pendek, ditandai dengan penyakit. Ruang lingkup fikirannya yang luar biasa mendorongnya untuk meneliti pelbagai aspek alam dan falsafah. Sumbangannya tidak terhad untuk mengkaji tingkah laku cecair, Pascal juga merupakan pelopor dalam pengkomputeran.

Dan pada usia 19 tahun, Pascal membuat kalkulator mekanikal untuk digunakan oleh ayahnya dalam pekerjaannya dalam sistem percukaian Perancis: pascalin.

Juga, bersama dengan rakan dan rakannya ahli matematik hebat Pierre de Fermat, mereka memberikan teori teori kebarangkalian, yang sangat diperlukan dalam Fizik dan Statistik. Pascal meninggal dunia di Paris, pada usia 39 tahun.

Penjelasan mengenai prinsip Pascal

Eksperimen berikut agak mudah: Tiub U diisi dengan air dan palam diletakkan di setiap hujung yang boleh meluncur dengan lancar dan mudah, seperti omboh. Tekanan dibuat ke arah omboh kiri, tenggelam sedikit dan diperhatikan bahawa yang berada di sebelah kanan naik, didorong oleh bendalir (gambar 3).

Gambar 3. Penerapan prinsip Pascal. Sumber: buatan sendiri.

Ini berlaku kerana tekanan dihantar tanpa penurunan ke semua titik cecair, termasuk yang bersentuhan dengan omboh di sebelah kanan.

Cecair seperti air atau minyak tidak dapat dikompresi, tetapi pada masa yang sama molekul mempunyai kebebasan bergerak yang mencukupi, yang memungkinkan tekanan untuk disalurkan ke omboh kanan.

Berkat ini, piston kanan menerima daya yang sama besarnya dalam magnitud dan arah seperti yang berlaku di sebelah kiri, tetapi ke arah yang bertentangan.

Tekanan dalam cecair statik tidak bergantung pada bentuk bekas. Sebentar lagi akan ditunjukkan bahawa tekanan berubah secara linear dengan kedalaman, dan prinsip Pascal mengikuti ini.

Perubahan tekanan pada bila-bila masa menyebabkan tekanan pada titik lain berubah dengan jumlah yang sama. Jika tidak, akan ada tekanan tambahan yang akan membuat aliran cecair.

Hubungan antara tekanan dan kedalaman

Cecair dalam keadaan istirahat memberikan daya pada dinding bekas yang mengandunginya dan juga pada permukaan objek yang terendam di dalamnya. Dalam eksperimen jarum suntik Pascal terlihat bahawa aliran air keluar tegak lurus dengan sfera.

Cecair mengedarkan daya tegak lurus pada permukaan di mana ia bertindak, jadi ia adalah mudah untuk memperkenalkan konsep tekanan min P _m sebagai daya berserenjang dikenakan F _⊥ oleh kawasan A, yang SI unit adalah pascal:

Tekanan meningkat dengan kedalaman. Ini dapat dilihat dengan mengasingkan sebahagian kecil cecair dalam keseimbangan statik dan menerapkan undang-undang kedua Newton:

Rajah 4. Gambarajah badan bebas sebahagian kecil cecair dalam keseimbangan statik dalam bentuk kubus. Sumber: E-xuao

Daya mendatar membatalkan berpasangan, tetapi dalam arah menegak daya dikelompokkan seperti ini:

Menyatakan jisim dari segi ketumpatan ρ = jisim / isipadu:

Isipadu bahagian cecair adalah produk A xh:

Permohonan

Prinsip Pascal telah digunakan untuk membangun banyak alat yang melipatgandakan kekuatan dan memudahkan tugas seperti mengangkat beban, mengetatkan logam, atau menekan objek. Antaranya ialah:

- Tekan hidraulik

-Sistem brek kenderaan

- Penyodok mekanikal dan lengan mekanikal

-Jek hidraulik

-Kren dan lif

Seterusnya, mari kita lihat bagaimana Prinsip Pascal mengubah kekuatan kecil menjadi kekuatan besar untuk melakukan semua pekerjaan ini. Tekan hidraulik adalah contoh paling khas dan akan dianalisis di bawah.

Tekan hidraulik

Untuk membina mesin hidraulik, alat yang sama seperti pada gambar 3 diambil, iaitu bekas berbentuk U, yang mana kita sudah tahu bahawa daya yang sama dihantar dari satu omboh ke omboh yang lain. Perbezaannya adalah ukuran piston dan inilah yang menjadikan peranti berfungsi.

Gambar berikut menunjukkan prinsip Pascal dalam tindakan. Tekanan adalah sama pada semua titik dalam bendalir, baik di omboh kecil dan besar:

Rajah 5. Rajah penekan hidraulik. Sumber: Wikimedia Commons.

p = F ₁ / S ₁ = F ₂ / S ₂

Besar daya yang dihantar ke omboh besar adalah:

F ₂ = (S ₂ / S ₁ ). F ₁

Oleh kerana S ₂ > S ₁ , ini menghasilkan F ₂ > F ₁ , oleh itu daya keluaran telah dikalikan dengan faktor yang diberikan oleh hasil antara kawasan.

Contoh

Bahagian ini memaparkan contoh aplikasi.

Brek hidraulik

Brek kereta menggunakan prinsip Pascal melalui cecair hidraulik yang mengisi tiub yang disambungkan ke roda. Ketika dia perlu berhenti, pemandu menggunakan kekuatan dengan menekan pedal brek dan membuat tekanan bendalir.

Pada tahap yang lain, tekanan mendorong pad brek ke arah drum atau cakera brek yang berputar bersama dengan roda (bukan tayar). Geseran yang dihasilkan menyebabkan cakera menjadi perlahan, juga melambatkan roda.

Rajah 6. Sistem brek hidraulik. Sumber: F. Zapata

Kelebihan Mekanikal Tekan Hidraulik

Dalam tekan hidraulik pada rajah 5, kerja input mesti sama dengan kerja output selagi geseran tidak diambil kira.

Daya input F ₁ menyebabkan omboh bergerak jarak d ₁ semasa turun, sementara daya keluaran F ₂ membenarkan perjalanan d ₂ omboh naik. Sekiranya kerja mekanikal yang dilakukan oleh kedua-dua daya adalah sama:

Kelebihan mekanikal M adalah hasil antara kekuatan daya input dan daya keluaran:

Dan seperti yang ditunjukkan dalam bahagian sebelumnya, ia juga dapat dinyatakan sebagai hasil bagi antara bidang:

Nampaknya kerja dapat dilakukan secara percuma, tetapi sebenarnya tenaga tidak dibuat dengan peranti ini, kerana kelebihan mekanikal diperoleh dengan mengorbankan perpindahan omboh kecil d ₁ .

Oleh itu, untuk mengoptimumkan prestasi, sistem injap ditambahkan pada peranti sedemikian rupa sehingga omboh keluar naik berkat denyutan pendek pada omboh masuk.

Dengan cara ini, pengendali bicu garaj hidraulik mengepam beberapa kali untuk mengangkat kenderaan secara beransur-ansur.

Latihan diselesaikan

Dalam tekan hidraulik Rajah 5, luas omboh berukuran 0.5 inci persegi (piston kecil) dan 25 inci persegi (omboh besar). Cari:

a) Kelebihan mekanikal akhbar ini.

b) Daya yang diperlukan untuk mengangkat beban 1 tan.

c) Jarak yang mesti diambil oleh daya input untuk mengangkat beban tersebut sebanyak 1 inci.

Nyatakan semua hasil dalam unit sistem British dan Sistem Antarabangsa SI.

Penyelesaian

a) Kelebihan mekanikal adalah:

M = F ₂ / F ₁ = S ₂ / S ₁ = 25 dalam ² / 0.5 dalam ² = 50

b) 1 tan sama dengan 2000 lb-force. Daya yang diperlukan adalah F ₁ :

F ₁ = F ₂ / M = 2000 lb-force / 50 = 40 lb-force

Untuk menyatakan hasilnya dalam Sistem Antarabangsa, faktor penukaran berikut diperlukan:

1 lb-force = 4.448 N

Oleh itu magnitud F1 ialah 177.92 N.

c) M = d ₁ / d _{2 →} d ₁ = Md ₂ = 50 x 1 in = 50 in

Faktor penukaran yang diperlukan ialah: 1 in = 2.54 cm

Rujukan

1. Bauer, W. 2011. Fizik untuk Kejuruteraan dan Sains. Jilid 1. Mc Graw Hill. 417-450.
2. Fizik Kolej. Permulaan Pascal. Dipulihkan dari: opentextbc.ca.
3. Figueroa, D. (2005). Siri: Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 4. Cecair dan Termodinamik. Disunting oleh Douglas Figueroa (USB). 4 - 12.
4. Rex, A. 2011. Asas Fizik. Pearson. 246-255.
5. Tippens, P. 2011. Fizik: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke-7. Bukit McGraw.301-320.