Закон Паскаля

Определение

Закон Паскаля утверждает, что давление, производимое на жидкость или газ, передаётся ими без изменения во все точки объёма и по всем направлениям.

Как это работает

Представьте себе воздушный шарик, наполненный воздухом. Если вы надавите на него пальцем с одной стороны, шарик не просто промнётся в этом месте. Вы почувствуете, как его стенки натянутся и в других местах. Это происходит потому, что давление, которое вы создали пальцем, передалось по воздуху внутри шарика равномерно во все стороны и на каждую точку его внутренней поверхности. То же самое происходит и в жидкостях, например в воде: давление распространяется одинаково во все стороны.

Причина всесторонней передачи давления

Жидкости и газы отличаются от твёрдых тел тем, что их частицы (молекулы) не связаны между собой жёстко. Они находятся в постоянном хаотичном движении и легко перемещаются друг относительно друга. Когда вы оказываете давление на жидкость или газ, эти частицы начинают сталкиваться друг с другом и со стенками сосуда. Энергия этого давления равномерно распределяется во всех направлениях из-за свободы движения частиц, что и приводит к одинаковой передаче давления по всему объёму.

Отличие от твёрдых тел

В твёрдых телах давление (или сила) передаётся иначе. Если вы надавите на один конец деревянной палки, то сила будет передаваться в основном вдоль палки, в направлении приложенной силы. Это происходит потому, что частицы твёрдого тела жёстко связаны в определённой структуре. В жидкостях и газах такой жёсткой структуры нет, поэтому внешнее воздействие распределяется равномерно и во все стороны.

Что это значит на практике

Из-за закона Паскаля, если вы возьмёте бутылку с водой и сделаете в ней несколько дырочек на разных высотах, а потом надавите на пробку, вода будет вытекать из всех дырочек с большей скоростью, чем до надавливания. Причём это увеличение скорости будет примерно одинаковым для всех дырочек, потому что давление, созданное вами, распространилось равномерно по всей воде в бутылке.

Как найти и применять

1. Определите, что на жидкость или газ оказывается внешнее давление.
2. Вспомните, что это давление передаётся без изменений во все стороны.
3. Учтите, что изменение давления в одной точке жидкости (или газа) вызовет такое же изменение давления в любой другой точке этой жидкости (или газа).
4. Примените это знание, чтобы объяснить, как работают гидравлические устройства.

Разбор задач

Задача 1

В цилиндр гидравлического пресса с площадью поршня 10 см² подаётся давление, создаваемое малым поршнем с площадью 2 см². На малый поршень действует сила 50 Н. Какая сила будет действовать на большой поршень?

1. Найдем давление, которое создаёт малый поршень: P = F₁ / S₁ = 50 Н / 2 см² = 25 Н/см². 2. По закону Паскаля, это давление передаётся без изменений на большой поршень: P = F₂ / S₂. Значит, F₂ / S₂ = 25 Н/см². 3. Вычислим силу, действующую на большой поршень: F₂ = P * S₂ = 25 Н/см² * 10 см² = 250 Н.

Ответ: Сила, действующая на большой поршень, составит 250 Н.

Где это встречается

• Гидравлический домкрат — Малое усилие на маленький поршень создает давление, которое по закону Паскаля передаётся на большой поршень, поднимающий тяжёлый груз.
• Тормозная система автомобиля — При нажатии на педаль тормоза, жидкость в системе передает давление на тормозные колодки, которые прижимаются к дискам, замедляя вращение колес.
• Гидравлический пресс — Используется для прессования материалов или для создания большой силы при небольшом воздействии, основываясь на равномерной передаче давления жидкостью.
• Водопроводные системы — Давление, создаваемое насосом в начале системы, распределяется по всем трубам и достигает кранов в домах, обеспечивая подачу воды.
• Шприц — При нажатии на поршень шприца давление передается жидкости, которая затем выдавливается через иглу.

Типичные ошибки

Не путать

• Архимедова сила (выталкивающая сила) — Закон Паскаля описывает передачу давления внутри жидкости или газа. Архимедова сила объясняет, почему тела плавают или тонут, то есть связана с разностью давлений на верхнюю и нижнюю части погруженного тела.
• Гидростатическое давление — Гидростатическое давление — это давление, которое оказывает неподвижная жидкость под действием силы тяжести. Оно зависит от глубины. Закон Паскаля описывает, как внешнее давление, приложенное к жидкости, распространяется по всему объёму, не завися от глубины. Эти понятия связаны, но не тождественны: на глубине общее давление складывается из атмосферного, гидростатического и того, которое передается по закону Паскаля.
• Атмосферное давление — Атмосферное давление — это давление, которое оказывает воздух атмосферы на все предметы. Это частный случай давления газа. Закон Паскаля объясняет, как изменения этого давления (или любого другого внешнего давления) будут распространяться в любой жидкости или газе.

Откуда взялось понятие

Закон был сформулирован французским учёным Блезом Паскалем в XVII веке, примерно в 1653 году, после его экспериментов с жидкостями и давлением.

Как запомнить

Надавил здесь — почувствовал везде.