Der berühmte französische Philosoph, Mathematiker und Physiker des 17. Jahrhunderts Blaise Pascal leistete einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung der modernen Wissenschaft. Eine seiner Hauptleistungen war die Formulierung des sogenannten Pascalschen Gesetzes, das mit der Eigenschaft flüssiger Substanzen und dem von ihnen erzeugten Druck in Verbindung gebracht wird. Schauen wir uns dieses Gesetz genauer an.
Kurzbiographie des Wissenschaftlers
Blaise Pascal wurde am 19. Juni 1623 in Clermont-Ferrand, Frankreich, geboren. Sein Vater war Vizepräsident der Steuererhebung und Mathematiker, seine Mutter gehörte der bürgerlichen Klasse an. Schon in jungen Jahren zeigte Pascal Interesse an Mathematik, Physik, Literatur, Sprachen und religiösen Lehren. Er erfand einen mechanischen Rechner, der addieren und subtrahieren konnte. Er verbrachte viel Zeit damit, die physikalischen Eigenschaften von Fluidkörpern zu studieren und die Konzepte von Druck und Vakuum zu entwickeln. Eine der wichtigsten Entdeckungen des Wissenschaftlers war das Prinzip, das seinen Namen trägt - das Pascalsche Gesetz. Blaise Pascal starb 1662 in Paris an einer Lähmung der Beine – einer Krankheit, diedie ihn ab 1646 begleiteten.
Druckkonzept
Bevor wir uns mit dem Gesetz von Pascal befassen, wollen wir uns mit einer physikalischen Größe wie dem Druck befassen. Es ist eine skalare physikalische Größe, die die Kraft bezeichnet, die auf eine gegebene Oberfläche wirkt. Wenn eine Kraft F beginnt, auf eine senkrecht dazu stehende Fläche der Fläche A zu wirken, wird der Druck P nach folgender Formel berechnet: P=F / A. Der Druck wird im Internationalen Einheitensystem SI in Pascal gemessen (1 Pa=1 N/m2), also zu Ehren von Blaise Pascal, dem viele seiner Werke gewidmet sind das Thema Druck.
Wirkt die Kraft F auf eine gegebene Fläche A nicht senkrecht, sondern in einem Winkel α dazu, dann hat der Ausdruck für den Druck in diesem Fall die Form: P=Fsin(α)/A Fsin(α) ist die senkrechte Komponente der Kraft F zur Fläche A.
Pascalsches Gesetz
In der Physik kann dieses Gesetz wie folgt formuliert werden:
Druck auf eine praktisch inkompressible flüssige Substanz, die sich in einem Gefäß mit unverformbaren Wänden im Gleichgewicht befindet, wird in alle Richtungen mit gleicher Intensität übertragen.
Du kannst die Richtigkeit dieses Gesetzes folgendermaßen überprüfen: Du musst eine Hohlkugel nehmen, an verschiedenen Stellen Löcher hineinbohren, diese Kugel mit einem Kolben versorgen und mit Wasser füllen. Wenn Sie nun mit dem Kolben Druck auf das Wasser ausüben, können Sie sehen, wie es aus allen Löchern mit der gleichen Geschwindigkeit strömt, was bedeutet, dass der Wasserdruck im Bereich jedes Lochs gleich ist.
Flüssigkeiten und Gase
Das Gesetz von Pascal ist für flüssige Substanzen formuliert. Flüssigkeiten und Gase fallen unter diesen Begriff. Im Gegensatz zu Gasen befinden sich die Moleküle, die eine Flüssigkeit bilden, jedoch nahe beieinander, was dazu führt, dass Flüssigkeiten eine Eigenschaft wie Inkompressibilität haben.
Aufgrund der Eigenschaft der Inkompressibilität einer Flüssigkeit, wenn in einem bestimmten Volumen ein endlicher Druck erzeugt wird, wird dieser ohne Intensitätsverlust in alle Richtungen übertragen. Genau darum geht es im Pascalschen Prinzip, das nicht nur für flüssige, sondern auch für inkompressible Stoffe formuliert ist.
In Anbetracht der Frage "Gasdruck und Pascalsches Gesetz" sollte in diesem Licht gesagt werden, dass Gase im Gegensatz zu Flüssigkeiten leicht komprimiert werden können, ohne Volumen zu beh alten. Dies führt dazu, dass, wenn ein bestimmtes Gasvolumen mit einem äußeren Druck beaufschlagt wird, dieser auch in alle Richtungen und Richtungen übertragen wird, gleichzeitig jedoch an Intensität verliert und sein Verlust umso stärker ist, je geringer die Dichte ist des Gases.
Das Pascalsche Prinzip gilt also nur für flüssige Medien.
Pascal-Prinzip und hydraulische Maschine
Das Pascalsche Prinzip wird in verschiedenen hydraulischen Geräten verwendet. Um das Pascalsche Gesetz in diesen Geräten anzuwenden, gilt folgende Formel: P=P0+ρgh, wobei P der Druck ist, der in der Flüssigkeit in der Tiefe h wirkt, ρ - die Dichte der Flüssigkeit, P0 der auf die Flüssigkeitsoberfläche ausgeübte Druck, g (9, 81m/s2) - Beschleunigung im freien Fall nahe der Oberfläche unseres Planeten.
Das Funktionsprinzip einer hydraulischen Maschine ist wie folgt: Zwei Zylinder mit unterschiedlichen Durchmessern werden miteinander verbunden. Dieses komplexe Gefäß ist mit etwas Flüssigkeit wie Öl oder Wasser gefüllt. Jeder Zylinder ist mit einem Kolben versehen, damit keine Luft zwischen dem Zylinder und der Oberfläche der Flüssigkeit im Gefäß verbleibt.
Angenommen, auf einen Kolben in einem Zylinder mit kleinerem Querschnitt wirkt eine bestimmte Kraft F1, dann erzeugt sie den Druck P1 =F 1/A1. Nach dem Pascalschen Gesetz wird der Druck P1 gemäß obiger Formel sofort auf alle Raumpunkte innerhalb der Flüssigkeit übertragen. Als Ergebnis ist der Druck P1 mit der Kraft F2=P1 A 2=F1A2/A1. Die Kraft F2 wird der Kraft F1 entgegengerichtet sein, das heißt, sie wird dazu neigen, den Kolben nach oben zu drücken, während sie größer als sein wird die Kraft F1 genau so oft, wie sich die Querschnittsfläche der Zylinder der Maschine unterscheidet.
Das Gesetz von Pascal erlaubt es also, große Lasten mit kleinen Ausgleichskräften zu heben, was eine Art Hebel des Archimedes ist.
Andere Anwendungen des Pascalschen Prinzips
Das betrachtete Gesetz wird nicht nur in hydraulischen Maschinen verwendet, sondern findetbreitere Anwendung. Unten sind Beispiele für Systeme und Geräte, deren Betrieb unmöglich wäre, wenn das Gesetz von Pascal nicht gültig wäre:
- In den Bremssystemen von Autos und im bekannten Antiblockier-ABS-System, das verhindert, dass die Räder des Autos beim Bremsen blockieren, was dazu beiträgt, ein Schleudern und Rutschen des Fahrzeugs zu vermeiden. Darüber hinaus ermöglicht das ABS-System dem Fahrer, die Kontrolle über das Fahrzeug zu beh alten, wenn dieses eine Notbremsung durchführt.
- In allen Arten von Kühlschränken und Kühlsystemen, in denen das Arbeitsmittel eine flüssige Substanz (Freon) ist.
