Pascalov zákon
Ako zdvihne malá sila na pedáli ťažké auto na hydraulickom zdviháku?
Čo sa naučíš
- Vypočítam tlak p = F/S.
- Porovnám sily a posuny piestov tak, aby sa práca nezískala z ničoho.
Experiment
Tlak je vstupná sila delená plochou malého piesta. Výstupná sila je tento tlak krát plocha veľkého piesta. Posun veľkého piesta je menší v pomere plôch, preto sa vstupné a výstupné práce rovnajú.
Načítavam simuláciu…
Vyskúšaj
Akú silu dostaneme na veľkom pieste?
Vypočítať 100 N zo sily 20 N a pomeru plôch 5.
- Vypočítaj p = 20 N / 0,01 m² a potom F2 = p · 0,05 m².
- Nastav pokus.
- Porovnaj výstupnú silu.
Výstupná sila je 100 N a obe práce sú 1 J.
Overenie pochopenia
Sila 50 N pôsobí na plochu 0,02 m². Aký je tlak?
Keď je výstupná sila väčšia, posun veľkého piesta je:
Vysvetlenie
Sila 20 N na ploche 0,01 m² vytvorí tlak 2000 Pa. Na ploche 0,05 m² z neho vznikne sila 100 N. Veľký piest sa posunie len o 0,01 m, keď malý prejde 0,05 m.
Pascalov zákon hovorí, že tlak v uzavretej kvapaline sa v tomto modeli prenáša do všetkých miest rovnako. Väčšia plocha preto znamená väčšiu silu. Kvapalina je nestlačiteľná, takže objem, ktorý vytlačí malý piest, sa rovná objemu, o ktorý ustúpi veľký. Preto je práca F·s na oboch stranách rovnaká. Energii sa nedá zadarmo pridať.
Pojmy
- Tlak
- Sila rozložená na plochu. Jednotka pascal, 1 Pa = 1 N/m².
- Hydraulické zariadenie
- Dva piesty spojené uzavretou kvapalinou.
Príklad
Brzda auta prenáša tlak brzdovej kvapaliny k platničkám. Malý pohyb pedála vyvolá veľkú silu na väčšej ploche.
Čo sa často mýli
- Väčšia výstupná sila neznamená väčšiu energiu.
- Tlak nie je to isté čo sila.
Čo model zjednodušuje
Ideálny model bez trenia piestov a bez stlačenia kvapaliny. Skutočný zdvihák má straty.
Vzorce
Tlak
Tlak je podiel sily a plochy, na ktorú sila pôsobí kolmo.
- p
- tlak, Pa
- F
- sila, N
- S
- plošný obsah, m²
Kedy platí: Sila je rozložená kolmo na plochu.
Sily na piestoch
Pri rovnakom tlaku je sila úmerná ploche piesta.
- F_1
- vstupná sila, N
- F_2
- výstupná sila, N
- S_1
- plocha malého piesta, m²
- S_2
- plocha veľkého piesta, m²
Kedy platí: Uzavretá nestlačiteľná kvapalina, rovnaký tlak, bez trenia.