Pascalov zákon pre kvapaliny a plyny hovorí, že tlak, ktorý sa šíri v látke, nemení jej silu a prenáša sa vo všetkých smeroch rovnako. Kvapalné a plynné látky sa správajú pod tlakom s určitými rozdielmi. Rozdiel je spôsobený správaním častíc a hmotnosťou plynov a kvapalín. V článku to všetko podrobne zvážime pomocou vizuálnych experimentov.
Prenáša sa tlak kvapaliny
Vezmime si valcovú nádobu, ktorá je zhora hermeticky uzavretá piestom. Vo vnútri je kvapalina a na pieste je závažie. Vyvíja tlak silou rovnajúcou sa jeho hmotnosti. Tento tlak sa prenáša na kvapalinu. Jeho molekuly sa na rozdiel od častíc pevného telesa môžu voči sebe voľne pohybovať. V ich usporiadaní nie je striktný poriadok, sú rozptýlené náhodne.
Znalosť funkciípohyb častíc rôznych látok v budúcnosti nám pomôže pochopiť Pascalov zákon pre kvapaliny a plyny. Ako sa budú správať molekuly kvapaliny, ak na ne pôsobíme tlakovou silou závažia? Skúsenosti nám pomôžu odpovedať na túto otázku.
Ako sa kvapalina správa pod tlakom
Predlohou tekutiny budú sklenené guľôčky a predlohou nádoby bude škatuľka bez veka. Guľôčky, ako aj častice tekutej látky sa v nádobách voľne pohybujú. Vezmite akúkoľvek položku, ktorá má rovnakú šírku ako šírka krabice. Bude imitovať piest.
Zatlačte piest na kvapalinu. Ako sa správajú jeho molekuly? Vidíme, že tlačia na dno nádoby aj na jej steny. Navzájom sa tlačia a snažia sa vypadnúť z krabice. Ak by to bola skutočná kvapalina, mala by tendenciu vystrekovať z nádoby. Neskôr, pri štúdiu Pascalovho zákona pre kvapaliny a plyny, to uvidíme v praxi. Vďaka tomu, že sa molekuly voľne pohybujú, tlak vyvíjaný váhou sa prenáša do strán aj dole. A čo sa stane, ak nahradíte kvapalinu plynom?
Ako sa vzduch správa pod tlakom
Povedzme, že máme valec s piestom naplneným vzduchom. Na hornú časť piestu umiestnite závažie. Ako pôsobí tlak na prenášaný plyn? Keď sa piest pohybuje nadol, vzdialenosť medzi molekulami v hornej časti plynu sa zmenšuje, ale nie dlho. Rýchlosť molekúl plynu je stovky metrov za sekundu. Vzdialenosť medzi nimi je oveľa väčšia ako ich veľkosť. Pohybujú sa náhodnými smermi a narážajú do seba.
Keď piestpadá, častice sa jednoducho uzamknú v menšom objeme. V dôsledku toho častejšie narážajú na steny nádoby a so znižovaním objemu plynu sa zvyšuje jeho tlak. Tento postulát si treba zapamätať, aby bolo neskôr ľahšie pochopiť Pascalov zákon pre kvapaliny a plyny. Počet úderov za sekundu na štvorcový centimeter je takmer rovnaký. To znamená, že tlak, ktorý piest vytvára, sa prenáša vo všetkých smeroch bez zmeny.
Prenos tlaku rôznymi smermi
Pascalov zákon, prenos tlaku kvapalinami a plynmi nemožno pochopiť, ak nerozumieme jednej zvláštnosti: ako to, že stlačíme dole, a tlak sa prenáša dolu aj do strán? Ale čo ak je k valcu pripojená trubica, bude sa cez ňu prenášať tlak nahor? Poďme experimentovať.
Vezmite dve injekčné striekačky naplnené vodou a spojte ich hadičkou. Pozorujme, ako bude tlak prenášať kvapalina, ktorá je v striekačkách. Stlačte piest jednej injekčnej striekačky. Sila tlaku na piest, a teda na kvapalinu, smeruje nadol. Vidíme však, že piest druhej striekačky stúpa. Ukazuje sa, že tlak prenášaný cez trubicu mení smer sily. Je zaujímavé, že injekčné striekačky môžu byť umiestnené nielen vertikálne, ale aj v pravom uhle k sebe. Výsledok bude rovnaký.
Vylejte vodu a v striekačkách bude vzduch. Zopakujme si zážitok. V priebehu experimentu uvidíme, že plyn tiež prenáša tlak vo všetkých smeroch. S kvapalinou je len jeden rozdiel. Ak spustíte piest jednéhostriekačkou dole a zafixujte ju prstom, potom keď stlačíte piest ďalšej striekačky, plyn sa stlačí. Jeho objem sa zníži asi dvakrát a piest sa bude snažiť vyskočiť. Tento plyn, ktorý sa snaží zväčšiť svoj objem, spôsobí pohyb piestu nahor. S kvapalinou by to bolo iné, tú by nebolo možné tak ľahko stlačiť.
Pascalov zákon
Prenos tlaku kvapalinami a plynmi budeme študovať pomocou skúseností. Vynašiel ho francúzsky fyzik Blaise Pascal. Vezmite dutú guľu, ku ktorej je pripevnená sklenená trubica. V rôznych častiach lopty (horná, bočná, spodná) sú malé otvory. Vo vnútri rúrky je umiestnený piest. Toto je špeciálne zariadenie na demonštráciu Pascalovho zákona.
Naplňte balónik cez hadičku vodou, aby ste videli, ako sa správa. Hoci gravitácia pôsobí na loptu zhora nadol, pramienky vody vytekajú z otvorov lopty pod uhlom, do strany a dokonca aj nahor. Samozrejme, mierne sa odchyľujú od pôvodného smeru, pretože na ne pôsobí gravitácia. Vidíme, že tlak vyvíjaný na vodu sa prenáša všetkými smermi.
Ak si namiesto vody vezmeme dym a urobíme tento experiment, budeme na vlastné oči pozorovať prenos tlaku v plyne, pretože dym je plyn zafarbený malými čiastočkami sadzí alebo dechtu. Vďaka tomu, že je veľmi ľahký, nebude naň pôsobiť až tak gravitácia, nevychýli sa tak z pôvodnej polohy ako prúdy vody. Môžeme to uzavrieť takto: vyvíjaný tlakna kvapalinu alebo plyn, sa prenáša bez zmeny sily do akéhokoľvek bodu kvapaliny a plynu vo všetkých smeroch. Toto je Pascalov zákon pre kvapaliny a plyny. Vzorec: P=F/S, kde P je tlak. Rovná sa pomeru sily F k ploche S, na ktorú pôsobí kolmo.
