Pascalov zakon za tekočine in pline. Prenos tlaka s tekočinami in plini

Pascalov zakon za tekočine in pline pravi, da tlak, ki deluje na snov, ne spreminja svoje sile in se prenaša enako v vse smeri. Tekoče in plinaste snovi se obnašajo pod pritiskom z nekaterimi razlikami. Razlika je posledica obnašanja delcev ter teže plinov in tekočin. V tem članku bomo s pomočjo jasnih poskusov podrobno preučili vse te možnosti.

Ali se tlak prenaša v tekočinah

Vzemimo valjasto posodo, ki jo od zgoraj hermetično zapira bat. V notranjosti je tekočina, na batu pa je utež. Pritisk je enak njeni teži. Ta tlak se prenese na tekočino. Njegove molekule se v nasprotju z delci trdne snovi lahko prosto gibljejo med seboj. Njihova razporeditev ni strogo urejena, razpršeni so kaotično.

Poznavanje gibanja delcev v različnih snoveh nam lahko kasneje pomaga razumeti Pascalov zakon za tekočine in pline. Kako bi se obnašale molekule tekočine, če bi nanje delovali s silo uteži? Odgovor na to vprašanje je mogoče dobiti s poskusom.

Kako se obnaša tekočina pod pritiskom?

Kot model tekočine uporabimo steklene kroglice, kot model posode pa škatlo brez pokrova. Kroglice se tako kot delci tekočine prosto gibljejo v posodi. Vzemite katerikoli predmet, ki je enako širok kot škatla. Simulira bat.

Potisnimo bat navzdol na tekočino. Kako se obnašajo njegove molekule?? Vidimo, da pritiskajo na dno posode in na stene. Potiskajo drug drugega in poskušajo izstopiti iz škatle. Če bi šlo za pravo tekočino, bi se iz posode izlivala. Kasneje, ko bomo preučevali Pascalov zakon za tekočine in pline, se bomo o tem prepričali iz izkušenj. Ker se molekule prosto gibljejo, se pritisk, ki ga povzroča utež, prenaša vstran in navzdol. In kaj se zgodi, če tekočino zamenjamo s plinom??

Kako se obnaša zrak pod pritiskom?

Recimo, da imamo valj z batom, napolnjenim z zrakom. Na vrh bata namestimo utež. Kako se prenaša tlak, ki deluje na plin? Ko se bat premika navzdol, se razdalja med molekulami v zgornjem delu plina zmanjša, vendar ne za dolgo. Hitrost molekul plina je več sto metrov na sekundo. Razdalja med njima je veliko večja od njune velikosti. Gibljejo se v naključnih smereh in trčijo drug ob drugega.

Ko se bat spusti, se delci preprosto ujamejo v manjši prostor. Zato pogosteje udarjajo ob stene posode in z zmanjševanjem prostornine plina se povečuje njegov tlak. Ta postulat si je treba zapomniti, da boste pozneje lažje razumeli Pascalov zakon za tekočine in pline. Število udarcev na sekundo na kvadratni centimeter je skoraj enako. To pomeni, da se tlak, ki ga ustvari bat, prenaša v vse smeri, ne da bi se spremenil.

Prenos tlaka v različnih smereh

Pascalovega zakona, prenosa tlaka s tekočinami in plini, ne moremo razumeti, ne da bi se ukvarjali z eno nenavadnostjo: kot se je izkazalo, da pritiskamo navzdol, pritisk pa se prenaša navzdol in v stran? Če na jeklenko pritrdite cev, ali se bo tlak prenesel navzgor skozi cev?? Izvedimo poskus.

Vzemite dve brizgalki, napolnjeni z vodo, in ju povežite s cevko. Opazujmo, kako tekočina v brizgah prenaša tlak. Potisnemo bat ene brizge navzdol. Sila pritiska na bat in s tem na tekočino deluje navzdol. Vidimo pa, da se bat druge brizgalke dviguje. Izkaže se, da tlak, ki se prenaša skozi cev, obrne smer sile. Zanimivo je, da brizgalke lahko postavite ne le navpično, temveč tudi pod pravim kotom druga na drugo. Rezultat bi bil enak.

Izlijte vodo in v brizgah bo ostal zrak. Ponovimo poskus. Med poskusom bomo videli, da plin prav tako prenaša tlak v vse smeri. Pri tekočini je le ena razlika. Če bat ene brizge čim bolj potisnemo navzdol in ga pritrdimo s prstom, se bo plin stisnil, ko bomo potisnili bat druge brizge. Njegova prostornina se bo zmanjšala za približno polovico in bat se bo poskušal odbiti navzgor. Ta plin želi povečati svojo prostornino, zato se bat premika navzgor. S tekočino ne bi bilo tako, saj je ne bi bilo mogoče tako zlahka iztisniti.

Pascalov zakon

Z eksperimenti bomo preučevali prenos tlaka s tekočinami in plini. Izumil ga je francoski fizik Blaise Pascal. Vzemite votli balon s pritrjeno stekleno cevjo. Na različnih delih globusa so majhne luknjice (zgoraj, ob strani, spodaj). V cev je vstavljen bat. To je posebna naprava za prikaz Pascalovega zakona.

Napolnimo balon z vodo skozi cev in si oglejmo, kako se obnaša. Čeprav gravitacija deluje na kroglo od zgoraj navzdol, voda iz lukenj v krogli teče pod kotom, vstran in celo navzgor. Seveda nekoliko odstopajo od svoje prvotne smeri, ker nanje deluje gravitacija. Vidimo, da se pritisk, ki deluje na vodo, prenaša v vse smeri.

Če namesto vode vzamemo dim in izvedemo ta poskus, opazimo prenos tlaka v plinu ker je dim plin, obarvan z drobnimi delci saj ali katrana. Ker je tako lahek, nanj gravitacija ne vpliva tako močno, zato ne bo tako močno odstopal od svojega prvotnega položaja kot vodni curek. Sklepamo lahko, da se tlak, ki deluje na tekočino ali plin, brez spremembe sile prenaša na katero koli točko tekočine ali plina v vseh smereh. To je Pascalov zakon za tekočine in pline. Formula: P = F/S, kjer je P tlak. Je enaka razmerju med silo F in površino S, na katero deluje pravokotno.