Pascalův zákon pro kapaliny a plyny. Přenos tlaku kapalinami a plyny

Pascalův zákon o kapalinách a plynech uvádí, že tlak šířící se v látce nemění svou sílu a je přenášen všemi směry stejným způsobem. Kapalné a plynné látky se chovají pod tlakem s určitými rozdíly. Rozdíl je způsoben charakteristikami chování částic a hmotností plynů a kapalin. V článku to vše podrobně prozkoumáme pomocí vizuálních experimentů.

Přenáší se tlak kapaliny

Vezměte válcovitou nádobu, která je nahoře hermeticky uzavřena pístem. Uvnitř je kapalina a na pístu je kettlebell. Vyvíjí tlak silou rovnající se její hmotnosti. Tento tlak se přenáší do kapaliny. Jeho molekuly se na rozdíl od částic pevné látky mohou volně pohybovat vůči sobě navzájem. V jejich uspořádání není přísný řád, jsou chaoticky rozptýleny.

Znalost vlastností pohybu částic různých látek nám v budoucnu pomůže pochopit Pascalův zákon pro kapaliny a plyny. Jak se budou molekuly kapaliny chovat, pokud na ně budeme působit silou tlaku kettlebell? Zkušenost nám pomůže odpovědět na tuto otázku.

Jak se chová tlaková kapalina

Modelem kapaliny budou skleněné kuličky a modelem nádoby bude krabička bez víka. Kuličky, stejně jako částice kapalné látky, se volně pohybují v nádobách. Vezměte jakoukoli položku, která odpovídá šířce krabice. Bude simulovat píst.

Zatlačte píst na kapalinu. Jak se chovají její molekuly? Vidíme, že tlačí na dno nádoby i na její stěny. Tlačí se navzájem a snaží se vypadnout z krabice. Pokud by to byla skutečná tekutina, pak by se snažila vystříknout z nádoby. Později, při studiu Pascalova zákona o kapalinách a plynech, to uvidíme ze zkušenosti. Vzhledem k volnému pohybu molekul se tlak vyvíjený kettlebell přenáší do stran i dolů. A co se stane, když nahradíte kapalinu plynem?

Jak se chová vzduch pod tlakem

Řekněme, že máme válec s pístem naplněným vzduchem. Na píst položíme náklad. Jak se přenáší tlak produkovaný na plyn? Když se píst posune dolů, vzdálenost mezi molekulami v horní části plynu se zmenší, ale to není dlouho. Rychlost molekul plynu je stovky metrů za sekundu. Vzdálenost mezi nimi je mnohem větší než jejich velikost. Pohybují se v náhodných směrech a střetávají se mezi sebou.

Když píst klesne, částice se jednoduše uzamknou v menším objemu. V důsledku toho častěji zasáhnou stěny cévy a s poklesem objemu plynu se jeho tlak zvyšuje. Tento postulát musí být zapamatován, aby bylo později snazší pochopit Pascalův zákon o kapalinách a plynech. Počet úderů za sekundu na každý čtvereční centimetr je téměř stejný. To znamená, že tlak, který píst produkuje, je přenášen ve všech směrech beze změny.

Přenos tlaku v různých směrech

Pascalův zákon, přenos tlaku kapalinami a plyny nelze pochopit, pokud nerozumíte jedné zvláštnosti: jak to dopadne, že tlačíme dolů a tlak se přenáší dolů i do stran? A co když připojíte trubku k válci, bude tlak přenášen nahoru? Budeme mít zkušenosti.

Vezměte dvě stříkačky naplněné vodou a připojte je trubicí. Sledujeme, jak bude tlak přenášen kapalinou, která je ve stříkačkách. Stiskněte píst jedné stříkačky. Tlaková síla na píst, a tedy i na kapalinu, směřuje dolů. Vidíme však, že píst druhé stříkačky stoupá. Ukazuje se, že tlak přenášený trubicí mění směr síly. Zajímavé je, že stříkačky lze umístit nejen svisle, ale také v pravém úhlu k sobě. Výsledek bude stejný.

Vylijeme vodu a ve stříkačkách zůstane vzduch. Zopakujme zkušenost. Během experimentu uvidíme, že plyn přenáší tlak ve všech směrech. Rozdíl s kapalinou je pouze jeden. Pokud píst jedné stříkačky snížíte co nejvíce a zafixujete jej prstem, pak při stisknutí pístu druhé stříkačky se plyn stlačí. Jeho objem se sníží asi dvakrát a píst se bude snažit odrazit nahoru. Tento plyn, který se snaží zvýšit svůj objem, způsobuje, že se píst pohybuje nahoru. S kapalinou by to bylo jiné, nebylo by možné ji tak snadno stlačit.

Pascalův Zákon

Přenos tlaku kapalinami a plyny budeme studovat pomocí zkušeností. Vynalezl ho francouzský fyzik Blaise Pascal. Vezměte dutou kouli, ke které je připojena skleněná trubice. V různých částech koule (nahoře, na boku, dole) jsou malé otvory. Uvnitř trubice je umístěn píst. Jedná se o speciální zařízení pro demonstraci Pascalova zákona.

Naplňte míč trubicí vodou, abyste viděli, jak se bude chovat. Ačkoli gravitace působí na kouli shora dolů, pramínky vody vytékají z otvorů koule pod úhlem, do strany a dokonce nahoru. Samozřejmě se trochu odchylují od svého původního směru, protože na ně působí gravitace. Vidíme, že tlak produkovaný na vodu je přenášen ve všech směrech.

Pokud místo vody vezmeme kouř a provedeme tuto zkušenost, budeme sledovat přenos tlak v plynu z první ruky, protože kouř je plyn obarvený malými částicemi sazí nebo pryskyřice. Protože je velmi lehký, nebude tak silně ovlivněn gravitací, nebude se odchýlit od své původní polohy tak silně jako pramínky vody. Můžeme dospět k tomuto závěru: tlak vyvíjený na kapalinu nebo plyn se přenáší beze změny síly kamkoli v kapalině a plynu ve všech směrech. To je Pascalův zákon pro kapaliny a plyny. Vzorec: P = F / S, kde P je tlak. Rovná se poměru síly F k ploše S, na kterou působí kolmo.