مبدأ باسكال: مضاعفة القوة الهيدروليكية
1 · توقّع
رافعة هيدروليكية لها مكبس مدخل صغير ومكبس مخرج أكبر بكثير، يربطهما مائع محكم. إذا دفعت المكبس الصغير، فلماذا يرفع المكبس الكبير حملًا أثقل كثيرًا؟
- قوة المخرج تساوي قوة المدخل مهما كان حجم المكبسين.
- قوة المخرج أصغر لأن المائع يمتص بعض الدفع.
- تُضاعَف قوة المخرج بنسبة مساحة مكبس المخرج الأكبر.
2 · التجهيز
- افتح تجربة باسكال واضغط إعادة. مكبسان متصلان بمساحتين مختلفتين يشتركان في مائع محكم غير قابل للانضغاط.
- فعّل قراءات ضغط وقوة المدخل والمخرج.
- اضبط مساحة مكبس المدخل ومساحة المخرج وقوة المدخل لكل تجربة، وسجل قراءة قوة المخرج.
3 · اجمع البيانات
| مساحة مكبس المدخل A₁ (m²) | مساحة مكبس المخرج A₂ (m²) | قوة المدخل F₁ (N) | قوة المخرج F₂ (N) |
|---|---|---|---|
| 1.00e-3 | 0.01 | 50.00 | |
| 2.00e-3 | 0.02 | 80.00 | |
| 1.00e-3 | 0.05 | 20.00 |
ارسم قوة المخرج F₂ (المحور y) مقابل نسبة المساحتين A₂/A₁ (المحور x) لتجاربك الثلاث.
4 · حلّل
- لمحاولة واحدة، احسب F₂ = F₁ · (A₂/A₁) وقارنها بالقراءة.
- ينص مبدأ باسكال على أن الضغط المطبَّق على مائع محصور ينتقل بالتساوي إلى كل مكان. استخدم P = F/A على المكبسين لشرح لماذا يجب أن يساوي F₂/F₁ قيمة A₂/A₁.
5 · وسّع
- رافعة السيارة الهيدروليكية تستخدم مكبس مضخة يدويًا صغيرًا لرفع سيارة كاملة. ببياناتك، اشرح تقريبًا كم يجب أن تكون مساحة مكبس المخرج أكبر من المدخل، نسبةً إلى القوة التي تطبقها يدك ووزن السيارة.
- إذا رفع مكبس المخرج حملًا بقوة عشرة أمثال قوة المدخل، فكم يتحرك مكبس المخرج مقارنة بمدفعة مكبس المدخل؟ (تلميح: فكر في انحفاظ حجم المائع.)