Закон Паскаля простыми словами: суть и значимость

На урок физики надо выучить закон Паскаля? Формула проста, но важно понять суть и смысл закона. В этом помогут примеры, которые демонстрируют его действие и которые можно повторить дома. Запомнить закон сможете, если поймете его практическую значимость.

Закон Паскаля: суть, формула

Точные науки, литература и философия — все это входило в широкий круг интересов ученого по фамилии Паскаль. Физика также привлекала его с юных лет: мальчик проводило много экспериментов, а впоследствии сформулировал и доказал ряд важных законов.

Названный позже в честь него закон Паскаль изложил в труде под названием «Трактат о равновесии жидкостей». Написан он был в 1653 году, а опубликован спустя десять лет. Прежде чем перейти к его сути, опишем простой опыт, который демонстрирует действие закона:

1. Наливают воду в полиэтиленовый пакет и плотно завязывают его.
2. Опускают пакет в таз и надавливают на него.
3. При этом пакет прорывается, вода из него вытекает.

Важно отметить, что разрыв происходит не в том месте, где было оказано давление. То есть давим на одну часть, а давление передается на весь пакет. При избыточном давлении происходит разрыв.

Закон Паскаля гласит: давление, которому подвергаются жидкие или газообразные вещества, достигает каждой их точки. Во всем их объеме оно будет передано одним и тем же образом.

Объяснить закон Паскаля для жидкостей и газов можно тем, что поведение молекул под воздействием внешнего давления отличается от молекул твердых веществ. Способности к движению у них разные. Для первых наблюдается относительно свободное движение, а вот в твердом теле молекулы достаточно ограничены.

Для последних доступны только небольшие колебания с минимальным отклонением от исходных положений. В то же время свободно двигающиеся частички передают давление и распространяют его равномерно.

Как математически выразить закон Паскаля? Формула записывается так: P = F/S. В ней используются такие величины:

• Давление (Р). Единица измерения — паскаль (Па).
• Сила (F), которая оказывает действие на поверхность и измеряется в ньютонах (Н).
• Площадь поверхности (S), которую измеряют в квадратных метрах.

Формула Паскаля читается так: один паскаль — это сила в 1Н, которая приложена к площади в 1 кв. метр (1Па = 1Н/м²).

Если жидкость или газ поместить в закрытый сосуд, то молекулы будут постоянно перемещаться и ударяться об его стенки. При наличии мест с разным давлением, они будут двигаться из мест высокого давления в места с низким. За счет этого процесса показатель давления достаточно быстро выравнивается и становится одинаковым по всей площади.

Таков правильный закон Паскаля, который этот выдающийся ученый сформулировал еще в XVII веке.

Закон Паскаля: применение на практике, значение

Мы выяснили, что давление в жидкостях и газа способно распространяться во все стороны, даже вверх. Об этом нам говорит закон Паскаля.

Примеры, подтверждающие закон Паскаля

Примеры также хорошо это демонстрируют:

1. Через трубку из прозрачного стекла протягивают нить, на конце которой закрепляют легкий диск.
2. Если нить натянуть, то диск должен плотно прикасаться к трубке, а если ее отпустить, то он отпадет.
3. Погружают полученное устройство в стакан, наполненный водой.
4. Теперь, даже если нить отпустить, диск не будет отпадать от дна трубки.

Почему так происходит? Все дело в том, что верхний слой воды давит на слои, расположенные ниже, а также на воду ниже диска. Это давление передается на диск снизу. Именно благодаря этой силе и поддерживается диск, прижимаясь к краю трубки.

Этот опыт можно продолжить:

1. Заполняют трубку цветной водой так, чтобы ее уровень был ниже, чем в стакане.
2. В этом случае диск останется на месте.
3. Это связано с тем, что давление воды снизу превышает давление сверху.
4. Далее добавляют воды в полость трубки.
5. Как только ее уровень станет больше, чем уровень воды в стакане, диск отпадет от дна трубки. Это произойдет, потому что вода сверху теперь будет давить на него сильнее, чем снизу.

В данном опыте вес диска не учитывается, но он не влияет на его объяснение.

Подтверждают данный закон и с помощью эксперимента с сырыми и вареными яйцами. Если взять острый предмет (например, длинный гвоздь) и проткнуть яйца по очереди, то результаты будут разными. Крутые яйца он прокалывает, а сырые разлетаются на мелкие кусочки. На последние закон распространяется, а на вареные — нет.

Применение на практике

Он работает там, где мы и не догадываемся:

• Обычный водопровод. В нем происходит постоянное движение молекул воды, которые перемещаются и оказывают одинаковое давление на стены труб.
• Работа гидравлического пресса. Движение и равновесие жидкостей — это основа основ для этого устройства. Пресс состоит из соединенных друг с другом цилиндра и поршней, пространство под которым заполняется маслом. Когда на поршень с меньшей площадью действует определенная сила, то к большему поршню должна прилагаться сила, которая соответствует его площади, чтобы давление было равным.

Работу гидравлического пресса физики описывают таким уравнением: F1/S1 = F2/S2. Отсюда можно вывести соотношение: F2/F1 = S2/S1. То есть сила F2 будет настолько превышать силу F1, во сколько раз площадь большого поршня превышает площадь малого.

Также данный закон говорит о том, что в давление жидкостей внутри сосудов с любой формой и размерами на равной глубине одинаковое. Это можно доказать на таком примере:

1. Рассмотрим в качестве «сосуда» бухту, в которой расположена подводная пещера.
2. Кажется возможным, что давление в ней не такое высокое, как вокруг.
3. Если бы это было так, то вода из моря (из области бóльшего давления) должна была бы перемещаться в пещеру. Ее уровень в море при этом бы понижался.
4. Благодаря тому, что вода во всем этом пространстве находится в покое, а ее молекулы перемещаются, показатель давления во всех частях оказывается одинаковым, никаких изменений уровня моря не происходит.

По закону Паскаля работают экскаваторы с гидравлическими цилиндрами, которые приводят в движение его стрелу и ковши. Кроме воды, на практике во многих приборах применяется сжатый воздух. Например:

• С помощью отбойных молотков вскрывается асфальт, рыхлится мерзлый грунт, дробятся горные породы.
• Ковка и обработка металлов происходит с применением пневматических молотов и пневматических прессов.
• Грузовые автомобили и железнодорожный транспорт оборудуют пневматическими тормозами.
• В вагонах метро сжатый воздух открывает и закрывает двери.

Закон Паскаля не только нашел широкое применение, но и не был пересмотрен и не потерял актуальности. С момента его открытия прошло практически четыре столетия, а мы и сегодня пользуемся открытием талантливого ученого по имени Блез Паскаль.