Prawo Pascala
Fizyka jest użyteczna. Nie wierzysz? To spróbuj bez lewarka wymienić przebitą oponę w samochodzie, bez pompki napompować dętkę rowerową albo zatrzymać samochód nogą, a nie hamulcem! Dasz radę? Jeśli tak, to nie musisz już dalej czytać.
![Zdjęcie przedstawia kran, z którego wypływa duży strumień wody. Woda wpada do metalowego zbiornika, którego fragment jest widoczny na zdjęciu. Kran znajduje się na zewnątrz.](https://static.zpe.gov.pl/portal/f/res-minimized/RImjBhBta8gnt/1712755234/T7wx3F2TjnE4EfL4ye7Rfy2vYN8dBunQ.jpg)
definicja ciśnienia;
podstawowa jednostka ciśnienia w układzie SI;
definicja ciśnienia hydrostatycznego;
jak obliczyć ciśnienie hydrostatyczne, które zależy od wysokości słupa cieczy i jej gęstości;
definicja ciśnienia atmosferycznego wywieranego przez gazową powłokę Ziemi;
od czego zależy ciśnienie atmosferyczne i w jaki sposób zmienia się ono wraz z wysokością;
czy ciśnienie atmosferyczne jest stałe;
definicja ciśnienia normalnego;
przyrządy służące do pomiaru ciśnienia atmosferycznego;
przyrządy służące do pomiaru ciśnienia wywieranego przez gazy.
Ich opracowanie znajdziesz materiale Ciśnienie. Ciśnienie hydrostatyczne i atmosferyczneCiśnienie. Ciśnienie hydrostatyczne i atmosferyczne.
treści prawa Pascala, które mówi, że ciśnienie zewnętrzne wywierane na gazy i ciecze przekazywane jest w całej ich objętości i jednakowo we wszystkich kierunkach;
przeprowadzać proste doświadczenia potwierdzające słuszność prawa Pascala;
wymieniać i opisywać urządzenia, w których prawo Pascala znalazło swoje zastosowanie.
Ciśnienie w cieczach i gazach
Mimo, że ciecze i gazy wykazują wiele podobieństw, to jednak rządzą się różnymi prawami. Cząsteczki gazów znajdują się w bezustannym i chaotycznym ruchu, zderzają się wzajemnie oraz ze ściankami naczynia, w którym się znajdują. Podlegają regułom kinetycznej teorii gazówkinetycznej teorii gazów.
W cieczach oddziaływania między cząsteczkami są znacznie silniejsze niż w gazach, ale słabsze niż w ciałach stałych. O położeniu molekuły decyduje jej otoczenie. Każda zmiana rozmieszczenia sąsiadujących cząsteczek może spowodować przejście molekuły do nowej lokalizacji. Ten mechanizm pozwala cząsteczkom przemieszczać się w całej objętości cieczy, jest jednak różny od tego obserwowanego w gazach.
Fakt, że cząsteczki zarówno w gazach, jak i cieczach mogą poruszać się we wszystkich kierunkach, był podstawą prawa Pascala, sformułowanego doświadczalnie w wieku.
Czy ciśnienie wywołane siłą zewnętrzną jest takie samo w całej objętości cieczy?
Jeżeli na ciecz lub gaz będziemy wywierać parcie z zewnątrz, to wytworzy ono w cieczy lub gazie dodatkowe ciśnienie jednakowe w całej objętości tej cieczy lub gazu.
strzykawka z grubą igłą;
igła lub szpilka;
woda;
piłeczka pingpongowa.
Za pomocą szpilki wykonaj otwory w piłeczce – równomiernie na całej jej powierzchni.
Nabierz wodę do strzykawki.
Przebij powierzchnię piłeczki igłą i wsuń ją dość głęboko.
Napełnij piłeczkę wodą ze strzykawki. Jeśli wody w strzykawce nie wystarczy, odłącz ją od igły, nabierz do niej ponownie wodę, połącz z igłą i napełniaj piłeczkę, aż ta będzie pełna.
Gdy piłeczka i strzykawka zostaną wypełnione wodą, naciśnij tłok strzykawki.
Obserwuj strumienie wody tryskające z otworów na powierzchni piłeczki.
Siła, z jaką naciskamy na tłok strzykawki, wytwarza takie samo ciśnienie w całej objętości cieczy. Widzimy, że z każdego otworu piłeczki (położonego na dole, z boku, u góry) woda tryska tak samo. Pokazuje to, że we wszystkie strony działa takie samo parcie, wywołane naciskaniem tłoka.
![Ilustracja składa się z trzech części. Tło białe. Na pierwszej części widnieje szara strzykawka, której wylot wbity jest w białą piłeczkę pingpongową pionowo od góry. Piłeczka jest podziurawiona. Strzykawka wypełniona jest niebieską cieczą. Tłok strzykawki wysunięty maksymalnie do góry. Na drugiej części ilustracji widnieje ta sama strzykawka z piłeczką. Tutaj jednak tłok zostaje wciśnięty tak, że ilość cieczy w strzykawce zmniejszyła się o ponad połowę. Z dziurek w piłeczce wytryskuje ciecz. Na trzeciej części przedstawiona jest ta sama sytuacja, jednak dorysowano siły działające na tłok strzykawki i przezroczystą piłeczkę od środka, wynikające z ciśnienia cieczy. Ciecz prze na tłok do góry, a więc wektor ma ten sam kierunek, lecz zwrot przeciwny do siły wpychającej tłok, a więc i ciecz, do środka piłeczki. Oznaczono to symbolicznie jako strzałkę prostopadłą do powierzchni tłoka, skierowaną od cieczy i końcem grota dotykającą tej powierzchni. Ciecz prze na ścianę piłeczki równomiernie, z taką samą prostopadłą do powierzchni siłą w każdym kierunku. Oznaczono to symbolicznie jako strzałki rozchodzące się promieniście od środka piłeczki z cieczą do powierzchni tej piłeczki, końcem grotów dotykające tej powierzchni. Siła wpychająca tłok w strzykawkę oznaczona jest czerwonym wektorem, zaczepionym w początku tłoka i biegnącym wzdłuż niego, pionowo w dół.](https://static.zpe.gov.pl/portal/f/res-minimized/R1SmemCXBUQWo/1648649509/inHhm8OJFvQCC8yVipxiCIQM2txdt7b9.png)
Jeżeli na ciecz lub gaz będziemy wywierać parcie z zewnątrz, to wytworzy ono w cieczy lub gazie dodatkowe ciśnienie jednakowe w całej objętości tej cieczy lub tego gazu.
Opisana przez prawo Pascala właściwość cieczy i gazów wynika z faktu, iż w tych ciałach oddziaływania międzycząsteczkowe mogą być przenoszone jednakowo we wszystkich kierunkach. Ciśnienie wytworzone w zbiorniku będzie jednakowe i równe ciśnieniu zewnętrznemu.
Które informacje są prawdziwe a które fałszywe?
Prawda | Fałsz | |
Ciśnienie zewnętrzne rozchodzi się w cieczach we wszystkich kierunkach, natomiast w gazach tylko zgodnie z kierunkiem działania siły zewnętrznej. | □ | □ |
W cieczach i w gazach ciśnienie zewnętrzne przekazywane jest we wszystkich kierunkach, ale słabiej ku górze niż ku dołowi naczynia. | □ | □ |
W cieczach i w gazach ciśnienie zewnętrzne przekazywane jest jednakowo we wszystkich kierunkach. | □ | □ |
Zastosowanie prawa Pascala
Prawo Pascala znalazło szerokie zastosowanie w konstrukcji praspras, podnośnikówpodnośników, pomppomp i hydraulicznych układów hamulcowychukładów hamulcowych.
Zasada działania podnośnika hydraulicznego opiera się na prawie Pascala.
Jego zadaniem jest zwielokrotnienie zewnętrznej siły nacisku i wykorzystanie jej do wykonania pracy.
![](https://static.zpe.gov.pl/portal/f/res-minimized/R1AWl13CchEt6/1689585883/7gpWI2X3tfnjhUj8EFUtz2zEWxxdsQ2c.jpg)
Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1AWl13CchEt6
Animacja przedstawia zasadę działania i zastosowanie podnośnika hydraulicznego.
Ciśnienie cieczy w prasie hydraulicznej jest równe - jak definicja ciśnienia głosi - sile nacisku podzielonej przez powierzchnię, na którą działa. Czyli naciskając na tłok z siłą na powierzchnię mniejszego tłoka wywrzemy pewne ciśnienie . Ciśnienie to jest takie samo wewnątrz całego zbiornika z cieczą. Także na większym tłoku. Jednakże możemy także zauważyć, że ciśnienie na większym tłoku powinno także dać się zapisać jako stosunek siły do powierzchni . Stąd możemy zapisać następującą równość:
Obecnie prasa hydrauliczna przyczynia się do rozwoju rynku samochodowego. Pozwala ona na szybką i sprawną produkcję części karoserii samochodowej, którą tłoczy się z fragmentów płaskiej blachy.
![](https://static.zpe.gov.pl/portal/f/res-minimized/RGgv6wOhYKpng/1689585894/2MSgIu8L0moYr4f7vfBKLd3B1Rp6fHgL.jpg)
Film dostępny pod adresem /preview/resource/RGgv6wOhYKpng
Animacja prezentująca tłoczenie blachy samochodowej.
Układy hydrauliczne możemy znaleźć także we współczesnych samochodach - zarówno przednie, jak i tylne hamulce są hamulcami hydraulicznymi.
![](https://static.zpe.gov.pl/portal/f/res-minimized/RIX19JqN6fWS1/1689585896/238k89zR1pOqK8LNmAz4XnXWuayUPPu4.jpg)
Film dostępny pod adresem /preview/resource/RIX19JqN6fWS1
Animacja przedstawia zasadę działania hamulców hydraulicznych w samochodach osobowych.
Prosty model układu hydraulicznego
dwie strzykawki;
gumowy elastyczny wężyk o średnicy pozwalającej nasadzić go szczelnie na końcówki strzykawek;
woda.
Napełnij pierwszą strzykawkę wodą.
Na drugą strzykawkę nałóż wężyk i nabierz do niego wody.
Nałóż wolny koniec wężyka na pierwszą strzykawkę i naciśnij jej tłok.
Uważaj, by w układzie nie było pęcherzyków powietrza. Małe pęcherzyki nie przeszkodzą, natomiast duże utrudnią działanie naszego modelu. Czy wiesz dlaczego?
Nacisk na tłok spowodował, że ciśnienie wody w strzykawce wzrosło. Zgodnie z prawem Pascala ciśnienie w wężyku spowodowało nacisk na tłok drugiej strzykawki i w rezultacie go podniosło.
Uzupełnij puste miejsca.
Dwie strzykawki połączono ze sobą wężykiem. W jednej strzykawce i w wężyku zamknięta jest pewna ilość wody. Jeżeli strzykawka z wodą ma średnicę 2 razy mniejszą od strzykawki bez wody, to w trakcie wsuwania jej tłoka do środka siła jaka będzie działa na tłok strzykawki bez wody, będzie cztery razy ................ niż siła wsuwająca tłok strzykawki z wodą.
Teoria funkcjonowania prasy hydraulicznej powstała w , ale w praktyce wykorzystano ją dopiero w ! Posłużyła ona do wyciskania ołowianych rur, które wykorzystano w instalacjach wodnych.
Jak sprężamy gazy?
Sprężanie gazuSprężanie gazu polega na zwiększeniu jego ciśnienia. Jeżeli nie wzrośnie przy tym temperatura gazu, to można sprężyć go na dwa sposoby.
Pierwszy polega na zmniejszeniu objętości zbiornika, w którym znajduje się gaz. Wtedy wzrasta częstotliwość uderzeń cząsteczek w ścianki zbiornika. Wzrasta również średnia siła działająca na te ścianki, co prowadzi do wzrostu ciśnienia. Można to zaobserwować na przykładzie niezbyt mocno napompowanego balonika. Jego powierzchnia daje się łatwo ugniatać. Gdy jednak ściśniemy część balonika, to pozostała część będzie miała mniejszą objętość, ale powierzchnia będzie twardsza.
![](https://static.zpe.gov.pl/portal/f/res-minimized/RaeYRTkq1PvVC/1689585899/MDVxstOGtd14Dk84814NDC38soTqelw3.png)
Film dostępny pod adresem /preview/resource/RaeYRTkq1PvVC
Animacja przedstawia sprężanie gazu przez zmianę jego objętości.
Drugą metodą sprężania gazusprężania gazu jest zwiększenie ilości cząsteczek przy zachowaniu stałej objętości zajmowanej przez gaz.
![](https://static.zpe.gov.pl/portal/f/res-minimized/R16lauNBEcphW/1689585902/15QdWlaOYsji3XSv3RdNIoVbixTqaz51.png)
Film dostępny pod adresem /preview/resource/R16lauNBEcphW
Animacja przedstawia sprężanie gazu w stałej objętości przez zwiększanie liczby cząstek.
Wraz ze zwiększaniem się ilości cząsteczek gazu zderzają się one częściej ze ściankami naczynia i wywierają na nie większe ciśnienie. Im bardziej sprężamy gaz, tym większe jest jego ciśnienie.
Podsumowanie
Jeżeli na ciecz lub gaz będziemy wywierać parcie z zewnątrz, to wytworzy ono w cieczy lub gazie dodatkowe ciśnienie jednakowe w całej objętości tej cieczy lub tego gazu. Mówimy, że ciśnienie zewnętrzne wywierane na ciecz rozchodzi się we wszystkich kierunkach jednakowo. Prawo to sformułował Blaise Pascal i od jego nazwiska nosi nazwę.
Prawo Pascala znalazło szerokie zastosowanie m.in. w konstrukcji pras, podnośników, pomp i hydraulicznych układów hamulcowych.
Fizyczna zasada działania prasy hydraulicznej wykorzystuje prawo Pascala. Zadaniem prasy jest zwielokrotnienie zewnętrznej siły nacisku i wykorzystanie jej do wykonania pracy. Prasa hydrauliczna jest w praktyce najważniejszym elementem każdego siłownika.
Wartość siły uzyskanej za pomocą prasy jest tyle razy większa od siły działającej z zewnątrz na tłok, ile razy powierzchnia większego tłoka jest większa od powierzchni mniejszego tłoka.
Sprężanie gazu polega na zwiększeniu jego ciśnienia. Można to zrobić na dwa sposoby. Pierwszy polega na zmniejszeniu objętości zbiornika, w którym znajduje się gaz. Drugą metodą sprężania gazu jest zwiększenie ilości cząsteczek przy zachowaniu stałej objętości gazu. W obu przypadkach cząsteczki częściej uderzają w ścianki zbiornika i w ten sposób zwiększają ciśnienie.
Ciśnienie. Ciśnienie hydrostatyczne i atmosferyczneCiśnienie. Ciśnienie hydrostatyczne i atmosferyczne
Cząsteczkowa budowa materiiCząsteczkowa budowa materii
Ćwiczenia podsumowujące
Urządzenie działające zgodnie prawem Pascala i zwielokrotniające siłę działania, to Możliwe odpowiedzi: 1. prasa hydrauliczna., 2. prasa hydrostatyczna., 3. prasa hydrodynamiczna.
Urządzenie działające zgodnie prawem Pascala i zwielokrotniające siłę działania, to
- prasa hydrauliczna.
- prasa hydrostatyczna.
- prasa hydrodynamiczna.
Słowniczek
dział fizyki statystycznej, zajmujący się wyjaśnieniem makroskopowych właściwości gazów na podstawie praw rządzących ruchem atomów, cząsteczek, jonów, elektronów itp.
urządzenie, którego zasada funkcjonowania opiera się na prawie Pascala; służy do podnoszenia przedmiotów o dużym ciężarze.
urządzenie, którego zadaniem jest utrzymywanie wysokiego poziomu ciśnienia oleju w układach hydraulicznych.
urządzenie zwielokrotniające siłę nacisku, działające zgodnie z prawem Pascala.
zwiększanie ciśnienia gazu znajdującego się w zamkniętym pojemniku; polega albo na zmianie objętości pojemnika, albo na zwiększeniu ilości cząsteczek (atomów) gazu przy zachowaniu stałej objętości.
hydrauliczny system zatrzymywania pojazdów znajdujących się w ruchu lub utrzymywania ich w spoczynku; zasada działania układu hamulcowego (podobnie jak prasy hydraulicznej) opiera się na prawie Pascala.