Для решения задач по гидравлике используются различные правила. Так, применяется, чтобы рассчитать давление жидкостей и газов, закон Паскаля. Он сформулирован одноименным физиком. В нем идет речь не о воздействии на разные точки, а о возмущениях в результате него. Так что постулат считается справедливым и для вещества, находящегося в поле силы тяжести.
Формула и применение
Правило гласит, что передача сдавливания происходит одинаково во всех направлениях. Его описывает следующее выражение: p = F/S. Приняты указанные обозначения:
- p — мощность, с которой давят;
- F — прикладываемые усилия;
- S — площадь сосуда или поверхности.
Из уравнения видно, что чем больше p, получаемая реагентом при том же объеме емкости, в которой он находится, тем сильнее система воздействует на стенки колбы. На основе этого постулата работают гидравлические устройства: прессы, тормозные системы.
Такой же принцип работы мультипливаторов. С их помощью значительно увеличивается давящее усилие, если насосом или аккумулятором не обеспечивается полноценная подача рабочей жидкости.
В состав цилиндра входят пустотелые подвижные и неподвижные плунжеры. На них оказывается воздействие с силой F= pw. Конструкция поднимается вверх, в свою очередь, сдавливая находящееся в ней вещество. Оно поступает туда, где p значительно больше.
Особенности для разных компонентов
Находясь в закрытом сосуде, молекулы ударяются о его стенки. Так как подобные частицы являются подвижными, то из места с более высоким давлением они перемещаются в участки с низким. Другими словами, за короткое время оно становится равномерным.
Проще всего понять правило Паскаля на примере опыта: если взять воздушный шар, наполнить его водой и проделать тонкой иглой несколько отверстий, влага вытечет из них. Когда экспериментатор сжал предмет, он может заметить, что изначальный напор резко увеличится.
Для расчета используется формула p = P/S = gqSh/S = gqh. Условные обозначения:
- Ускорение свободного падения — g.
- Плотность жидкости — q (измеряется в кубических метрах).
- Глубина — h.
В водной среде на подобный показатель влияют только 2 последних параметра. То есть в море p будет намного больше при глубоком погружении.
Еще один распространенный эксперимент — с сырым и вареным яйцом. Если сначала проткнуть первое, а потом совершить аналогичное действие со вторым, результат будет разным — прохождение гвоздя насквозь и разлет вдребезги соответственно.
Сообщающиеся сосуды
У рассматриваемого термина следующее определение: несколько емкостей, соединенных друг с другом у дна. Яркие примеры — гидравлическая машина и жидкостный манометр. Относят к этому классу и простой чайник, который имеется в доме у каждого человека.
Когда стеклянные трубки, соединяются резиновой, и в них наливается немного жидкости, можно заметить, что она постепенно перетекает. Однако уровни останутся одинаковыми. При поднятии одной из мензурок или ее наклоне они так и будут лежать в одной плоскости.
К формулировке необходимо добавить уточнение: положение сохранится, если давление одинаково. Судить о значении рассматриваемого показателя возможно только по уровневой разности.
Объяснить это можно так: вещество не перемещается, значит, оно давит с постоянной силой на поверхность. А также у него одинаковая плотность (q) по причине однородности.
При равных усилиях, чем больше q, тем меньше высота (h) столба. Если у реагентов этот показатель разный, то h будет меньше у того, который расположен выше.
Вычисление мощности выталкивания
Если опустить в емкость шарик, подвешенный к пружине динамометра, его показание уменьшится. Аналогичный результат получится, если подействовать на конструкцию снизу вверх рукой. На предмет воздействует не только сила (F) упругости, но и направленная вверх.
По-другому она называется выталкивающей. Возникновение считается возможным за счет разницы усилий, прикладываемых на нижнюю поверхность, потому что этот параметр зависит от того, насколько высокая мензурка.
F, действующая на верхушку, направлена вниз, а противоположная ей — вверх. Такая величина зависит от плотности (q) и объема (V), и вычисляется следующим образом: qgV. Именно так формулируется правило Архимеда, тоже используемое для расчета давления.
Закон Паскаля, формула которого p = F/S, действует для многих механизмов, например, мультиприваторов и сообщающихся сосудов. С помощью его и Архимедовой теоремы рассчитывается давление.