Автор
Чивилев Виктор Иванович 1199 статей

2. Закон Паскаля

Содержание Закона Паскаля

Рассмотрим связь между давлениями в различных точках жидкости. Будем рассматривать покоящуюся жидкость в неподвижном сосуде. Дополнительное давление в жидкости, возникающее из-за силы тяжести, учитывать не будем.

Пусть жидкость заключена в замкнутый сосуд произвольной формы (см. рисунок).

Будем давить на поршень. Покажем, что давление `P_A` в точке `A` равно давлению `P_B` в точке  `B`. Для этого выделим мысленно внутри жидкости тонкий цилиндр, ось которого проходит через точки `A` и `B`, а основания площадью `S` каждое перпендикулярны оси. На части боковой поверхности цилиндра из жидкости со стороны окружающей жидкости действуют силы давления, перпендикулярные оси цилиндра. На основания цилиндра жидкость действует с силами `F_A = P_A S` и `F_B = P_B S`,  направленными вдоль оси `AB`. Поскольку цилиндр находится в покое, то `F_A = F_B`,  т. е. `P_A S = P_B S`. Отсюда `P_A = P_B`. Значит,  давление в точках `A` и `B` одно и то же. Аналогично доказывается равенство давлений в точках `B` и `C` и в точках `C` и `K`. Таким образом, приходим к выводу, что давление во всех точках внутри жидкости одинаково. Поршень давит на жидкость на её границе в одном месте, но это давление ощущается во всей жидкости. Мы получили

Закон Паскаля

давление, оказываемое на жидкость в каком-либо одном месте на её границе, передаётся без изменения во все точки жидкости. 

Этот закон был установлен экспериментально французским физиком и математиком  Блэзом  Паскалем  (1623 - 1662) и носит его имя.

Всё сказанное в этом параграфе справедливо и для газов. Справедлив для газов и закон Паскаля.

Отметим, что закон Паскаля выведен и сформулирован здесь при условии отсутствия силы тяжести. Наличие силы тяжести не изменяет сути закона и вносит дополнительную связь между давлениями в различных точках жидкости или газа.

Закон Паскаля лежит в основе устройства гидравлических машин. Принцип устройства и действия такой машины следующий. Два цилиндрических сосуда разного диаметра с поршнями соединены трубкой и заполнены жидкостью (см. рис.).

Пусть на малый поршень площадью `S_1` действует сила `F_1`. Тогда в жидкости создаётся давление `P = F_1 //S_1`. На большой поршень площадью `S_2` со стороны жидкости действует сила `F_2 = PS_2 = F_1 S_2 //S_1`. С этой же силой большой поршень может действовать на какое-нибудь тело, препятствующее его перемещению. Во сколько раз `S_2` больше `S_1`, во столько раз и развиваемая поршнем сила `F_2` больше приложенной силы `F_1`. Это используется в гидравлическом прессе, гидравлическом тормозе, гидравлическом домкрате.

задача 1

Площадь большого поршня гидравлического домкрата 20 см220\;\mathrm{см}^2, а малого 0,5 см20,5\;\mathrm{см}^2. Груз какой максимальной массы можно поднять этим домкратом, если на малый поршень давить с силой не более `200Н`? Силой трения поршней о стенки цилиндров пренебречь.

Решение

Пусть  S1=0,5 см2S_1=0,5\;\mathrm{см}^2S2=20 см2S_2=20\;\mathrm{см}^2F1=200 НF_1=200\;\mathrm Н.  Так как давление во всех точках жидкости одинаково, то

`F_1 /S_1 =F_2 /S_2`.

Здесь `F_2` - сила давления жидкости на большой поршень. Отсюда

F2=F1S2S1=200 Н·20 см20,5 см2=8000 НF_2=\dfrac{F_1S_2}{S_1}=200\;\mathrm Н\cdot\dfrac{20\;\mathrm{см}^2}{0,5\;\mathrm{см}^2}=8000\;\mathrm Н.

Поднять можно тело с максимальным весом `F_2 = 8000 Н`, что соответствует массе `m = F_2 //g`,  где g=9,8 м/с2g=9,8\;\mathrm м/\mathrm с^2.  Итак, m800 кгm\approx800\;\mathrm{кг}.