Pascalov zakon
Ko stisneš zaprt fluid, tlak, ki ga ustvariš, potiska enako močno v vsako smer, ne le tja, kjer si ga potisnil. To pomeni, da majhna sila na majhnem batu lahko ustvari isti tlak kot precej večja sila na velikem batu — tako hidravlična dvigala množijo silo.
Formula
F₂ / F₁ = A₂ / A₁
- F₁ — vhodna sila (N): sila, potisnjena dol na majhen bat
- A₁ — vhodna površina (m²): površina majhnega bata
- F₂ — izhodna sila (N): sila, proizvedena na velikem batu
- A₂ — izhodna površina (m²): površina velikega bata
Rešen primer
Hidravlično dvigalo ima majhen bat s površino 0.01 kvadratnega metra in velik bat s površino 0.1 kvadratnega metra. Če potiskaš majhen bat s 10 njutni, koliko sile se pojavi na velikem batu?
- F₁ = 10 N
- A₁ = 0.01 m²
- A₂ = 0.1 m²
- F₂ = F₁ · (A₂ / A₁)
- F₂ = 10 N · (0.1 m² / 0.01 m²)
F₂ = 100 N
Preizkusi se
Z istim dvigalom, če potiskaš majhen bat s 20 N namesto, koliko sile se pojavi na velikem batu?
- Pravilen odgovor: 200 N
- 20 N
- 2000 N
Prav! Razmerje površin je še vedno deset, torej dvajset njutnov krat deset da dvesto njutnov.
Da bi dvignil težek avto s tem hidravličnim dvigalom, na kateri bat moraš potiskati, da uporabiš najmanj sile?
- Veliki bat, ker ima 10-krat površino
- Pravilen odgovor: Majhni bat, ker potrebuje manj vhodne sile
- Kateri koli bat — ni razlike
Točno! Potiskanje majhnega bata vzame manj sile, tlak pa se prenese in ustvari precej večjo silo na velikem batu.
Kje to vidiš
Hidravlično avtomobilsko dvigalo v servisu je ta zakon z barvo na sebi: mehanik potiska majhen bat s skromno silo, zaprto olje nosi ta tlak nezmanjšan do vsake stene sistema, velik bat pod avtom pa ga pretvori v dovolj sile, da dvigne dvotonsko vozilo. Hidravlične zavore, zobozdravstveni stoli in roke bagerjev vsi delujejo na isti trik množenja sile.
Pogoste napake
Lahko si predstavljaš, da fluid potiska večinoma v smeri, v katero si ga stisnil — zaprt fluid prenaša tlak enako v vsako smer, zato lahko izhodni bat kaže kamorkoli in še vedno prejme poln potisk. Subtilnejša past je obravnavanje pomnožene sile kot brezplačne energije: ko je razmerje površin deset, se mora majhen bat premakniti desetkrat dlje, kot se velik dvigne, torej delo noter je enako delo ven in ohranitev energije še vedno velja.
Kako se povezuje
To gradi neposredno na hidrostatičnem tlaku — isti koncept tlaka, sedaj uporabljen na zaprt fluid, ki ga nekdo aktivno stiska, namesto fluida, ki sedi pod svojo lastno težo. Menjava, ki jo zakon naredi, sila pomnožena, medtem ko razdalja pada, je ohranitev energije, ki se pokaže v hidravliki: F₂ / F₁ = A₂ / A₁ je pravilo vzvoda, izrečeno za fluide. Arhimedov zakon, ki sledi, se vrne k fluidom v mirovanju in navzgor potisku, ki ga dajo vsemu, kar je postavljeno vanje.