Text Size
Среда 21 августа 2019

ПРИНЦИП ПАСКАЛЯ

В этом разделе рассматривается не «закон», а «принцип», который был впервые сформулирован физиком Паскалем. «Закон» должен всегда выражаться формулой, которая связывает переменные данного явления. «Принцип» - формальное утверждение полезного факта или отношения.
Эти утверждения могут быть проверены при проведении следующих экспериментов.

Рис.1 в изображении

Две U-образные трубки одинакового сечения, наполнены: одна газом, другая жидкостью.
Поршни, развивающие одинаковую силу F, воздействуют на обе верхние площади в каждой ветви трубки. Из рисунка очевидно, что поршни занимают:
- Одинаковый уровень, если ветви трубки рассматривать отдельно для газа и жидкости;
- Различные уровни, если трубки с газом и жидкостью рассматривать порознь.
В первом варианте, сила, развиваемая поршнем в секции А – равна силе в секции B. Две силы сбалансированы, и поршни будут занимать равную высоту в секциях трубки. Во втором варианте, уровень поршней в трубке с газом будет более низким, чем уровень поршней в трубке с жидкостью. Это происходит вследствие того, что газы сжимаемы, а жидкости нет.
Это показывает, что жидкости ведут себя подобным образом, когда они находятся под давлением. Поэтому далее в тексте не будет сделана рекомендация двум типам жидкости.

Рис.2 в изображении

 Емкость с жидкостью имеет две трубы равного сечения, расположенных на ее поверхности. Равновесие, достигнутое двумя поршнями А и В, развивающими равную силу не будет изменяться:
- если сечение емкости отличается от сечения поршней; - если измененяется относительное положение труб.

Рис.3 в изображении

 Здесь рядом с B добавлен третий поршень C равного сечения.
При нажатии на поршень A, поршни B и С поднимутся одинаково.
Если каждый из поршней А и B имеют дополнительную силу F, приложенную к ним, они достигут равновесия за время, пока поршень С будет двигаться вверх.
Приложение такой же дополнительной силы F к поршню С приведет в равновесие с ним поршни А и B.

Рис.4 в изображении

 Два поршня B и С заменены отдельным поршнем E, площадь поперечного сечения которого (но не диаметр) – равна сумме площадей B и C.
Сила F, приложенная к поршню А, и результирующее давление, передаваемое жидкостью к поршню E поднимает его при отсутствии дополнительной силы воздействия на него.
Если сила F приложена и к поршню А и поршню E, больший поршень E опустится. Однако, он займет более высокий уровень, чем поршень A. Прилагая удвоенную силу F к поршню E возникает равновесие с поршнем A.

Рис.5 в изображении

 Заменяя поршень E и закупоривая поверхность емкости в этом месте, можно задать вопрос:
Заглушка подвергнута воздействию такого же давления, которое было приложено к поршню E?
Ответ - Да. Это можно проверить в любой точке емкости, соединяя ее с манометром.
Эта серия экспериментов иллюстрирует заключение, сформулированное Паскалем:
Давление в любой точке жидкости:
- распространяется одинаково во всех направлениях;
- воздействует с равной силой на равные площади поверхности.

Рис.6 в изображении

 

Последнее утверждение может быть доказано числовым примером. Используя старую системы измерения:
Сила F = 10 кг, действующая на поршень А, который имеет площадь сечения 5 см2
Единица давления, действующего на жидкость, выражается отношением:
р = F/A = 10/5 = 2 кг/см2
Чтобы поршень E оставался в равновесии с поршнем A, необходимо иметь приложенную к нему силу, равную давлению, умноженному на его площадь:2 кг/см2 x 10 см2 = 20 кг (Удвоенная F)

Программист

Учебник