Налягане на течности и газове

1. Налягане

В Таблица 1 са показани приликите и разликите в свойствата на течностите и газовете.

 

  Обем Форма
Твърди тела + +
Течности + -
Газове - -

 

За разлика от твърдите тела течностите и газовете нямат собствена форма. Те могат да текат и да приемат формата на съда, в който са поставени. Течностите имат собствен обем, докато газовете запълват целия обем на съда. Течностите и газовете създават налягане.

Течностите и газовете действат на поставените в тях тела със сили на натиск, които винаги са перпендикулярни на повърхността на тялото (фиг.1.а)

 


фиг.1 а
Налягането в дадена точка от течността ( газа) може да се измери с устройството от фиг.1б, което се потапя в течността (газа). По свиването на пружината се определя силата на перпендикулярен натиск F, с която течността (газът) действа на буталото. 
фиг.1 б

 

Налягането е равно на натиска върху единица площ:

          налягане

Единицата за налягане е паскал (Pa). Налягането е 1 Pa, когато на площ 1 m2 действа сила 1 N: 1 Pa = 1 N/m2 

 

2. Закон на Паскал


фиг. 2. Сфера на Паскал







 
Метална сфера с отвори по повърхността е напълнена с вода и е свързана към бутална помпа (фиг. 2). При натиск върху буталото струйки вода изтичат перпендикулярно на сферата от всички отвори, а не само от онзи, който е срещу помпата.

От този опит можем да направим извода, че създаденото от помпата налягане се предава не само по посока на силата на натиск, а във всички посоки.



 

 
Блез Паскал (1623-1662) - френски математик, физик, философ и писател




 

С подобни опити Блез Паскал изучава предаването на налягането в течности и газове и открива закон, който днес носи неговото име. Законът на Паскал гласи:

Налягането, приложено върху затворена в съд течност (или газ), се предава без изменение във всички точки от течността (газа) и върху стените на съда.

 

3. Хидравлични машини

На закона на Паскал се основава действието на хидравличните машини (фиг.3). 


фиг. 3 а

фиг. 3 б

Основните части на такава машина са два свързани с тръба цилиндъра с различни диаметри, които са запълнени с течност и са затворени с подвижни бутала (фиг.3.) Върху малкото бутало с площ S1 се прилага сила F1, която създава налягане . Съгласно със закона на Паскал това налягане се предава без изменение във всички точки от течността и върху голямото бутало с площ S2. Течността действа на голямото бутало със сила на натиск F2 = pS2. Заместваме и получаваме 

                                                                        или                

Тъй като площта S2 на голямото бутало е многократно по-голяма от площта S1 на малкото бутало, с хидравличната машина се печели сила. В резултат на действието на малката сила F1 възниква много по-голяма сила F2, която повдига товара. На този принцип работят хидравличните кранове, хидравличните асансьори, хидравличните платформи и други. В автомобилите се използват хидравлични спирачки и хидравлично усилване на волана. 

 

С хидравличната машина не се печели работа.

 

Доказателство: Нека да придвижим малкото бутало надолу на разстояние h1 (фиг.3.). Буталото изтласква от тесния цилиндър течност с обем V = S1h1. Тъй като течността почти не се свива, същият обем течност ще се измести нагоре в широкия цилиндър: V = S2h2, където h2 е височината, на която се издига голямото бутало. Следователно S2h2 = S1h1

При преместването на буталата силата F1 извършва работа A1 = F1h1. Работата на силата F2 е 

                           

където сме отчели, че   и .

 

Следователно A1 = A2, т.е. с хидравличната машина не се печели работа. Печалбата на сила е за сметка на удължаване на пътя (h1 > h2).