13.5: قانون باسكال

في عام 1653 ، نشر الفيلسوف والعالم الفرنسي بليز باسكال "أطروحة في توازن السوائل" ، والتي ناقشت مبادئ السوائل الساكنة. السائل الساكن هو سائل غير متحرك. عندما لا يتدفق السائل ، نقول إن السائل في حالة توازن ثابت. إذا كان السائل ماء، فإننا نقول إنه في حالة توازن هيدروستاتيكي. بالنسبة للسائل في حالة توازن ثابت ، يجب أن تكون القوة الكلية على أي جزء من السائل صفرا. خلاف ذلك ، سيبدأ السائل في التدفق. لاحظ باسكال أن التغيير في الضغط المطبق على سائل مغلق ينتقل دون منقوص في جميع أنحاء السائل وإلى جدران الحاوية الخاصة به. علاوة على ذلك ، يشير مبدأ باسكال إلى أن الضغط الكلي في السائل هو مجموع الضغوط من مصادر مختلفة. على سبيل المثال ، يعتمد الضغط على عمق معين في السائل على عمق السائل وضغط الغلاف الجوي.

في سائل مغلق ، نظرا لأن ذرات السائل حرة في الحركة ، فإنها تنقل الضغط إلى جميع أجزاء السائل وجدران الحاوية. ينتقل أي تغيير في الضغط دون انقوصال. لاحظ أن هذا المبدأ لا يقول أن الضغط هو نفسه في جميع نقاط السائل - وهذا غير صحيح لأن الضغط في سائل بالقرب من الأرض يختلف باختلاف الارتفاع. بدلا من ذلك ، ينطبق هذا المبدأ على التغير في الضغط. لنفترض أنه تمت إضافة بعض الماء في وعاء أسطواني بارتفاع (H) ومساحة المقطع العرضي (A) يحتوي على مكبس متحرك كتلته m. تؤدي إضافة الوزن (ملغ) في الجزء العلوي من المكبس إلى زيادة الضغط في الأعلى بمقدار ملغم / أمبير ، لأن الوزن الإضافي يعمل أيضا على المنطقة (أ) من الغطاء.

وفقا لمبدأ باسكال ، يتغير الضغط في جميع نقاط الماء بنفس المقدار ، مجم / أ. ومن ثم ، يزداد الضغط في القاع أيضا بمقدار مجم / أمبير. وبالتالي ، فإن الضغط في قاع الحاوية يساوي مجموع الضغط الجوي ، والضغط الناتج عن السائل ، والضغط الذي توفره الكتلة.

هذا النص مقتبس من Openstax ، الفيزياء الجامعية المجلد 1 ، القسم 14.3: مبدأ باسكال والهيدروليكا

ينص مبدأ باسكال على أنه إذا تم تغيير الضغط في سائل محصور ، فإن التغيير ينتقل إلى السائل بأكمله وإلى جدران الحاوية دون أن يتضاءل في الحجم.

لفهم هذا المبدأ ، ضع في اعتبارك مسدس مائي متعدد الفوهة لمنطقة المقطع العرضي A مملوءة بالماء.

عندما يتم الضغط على المكبس بقوة F ، ينتقل تغير الضغط المقابل F / A عبر الحجم الكامل للماء ويصل إلى كل فوهة.

ينطلق الماء بنفس الضغط من خلال كل فوهة ، وفقا لمبدأ باسكال.

بأخذ مثال آخر ، دع البرميل متصلا بأنبوب رفيع طويل يتم من خلاله سكب الماء.

عندما يمتلئ البرميل ، وتسكب فيه كمية إضافية من الماء ، يزداد الضغط الذي يمارسه الماء الداخل بسرعة طوال حجمه في البرميل ، مما يؤدي إلى تسربه من جميع الجوانب.