Pascalov zakon za tekočine in pline pravi, da pritisk, ki se širi v snovi, ne spremeni njene moči in se prenaša v vse smeri enako. Tekoče in plinaste snovi se pod tlakom obnašajo z nekaj razlikami. Razlika je posledica obnašanja delcev ter teže plinov in tekočin. V članku bomo vse to podrobno obravnavali s pomočjo vizualnih eksperimentov.
Ali se tlak tekočine prenaša
Vzemimo cilindrično posodo, ki je od zgoraj hermetično zaprta z batom. V notranjosti je tekočina, na batu pa je utež. Izvaja pritisk s silo, ki je enaka njegovi teži. Ta tlak se prenese na tekočino. Njegove molekule se lahko za razliko od delcev trdnega telesa prosto gibljejo druga glede na drugo. V njihovi razporeditvi ni strogega reda, razpršeni so naključno.
Poznavanje funkcijgibanje delcev različnih snovi v prihodnosti nam bo pomagalo razumeti Pascalov zakon za tekočine in pline. Kako se bodo obnašale molekule tekočine, če nanje delujemo s tlačno silo uteži? Izkušnje nam bodo pomagale odgovoriti na to vprašanje.
Kako se tekočina obnaša pod pritiskom
Model tekočine bodo steklene kroglice, model posode pa škatla brez pokrova. Kroglice, kot tudi delci tekoče snovi, se prosto gibljejo v posodah. Vzemite kateri koli predmet, ki je enak širini kot širina škatle. Posnemal bo bat.
Potisnite bat na tekočino. Kako se obnašajo njegove molekule? Vidimo, da pritiskajo tako na dno posode kot na njene stene. Potiskajo drug drugega in poskušajo pasti iz škatle. Če bi bila prava tekočina, bi bila nagnjena k brizganju iz posode. Kasneje, ko bomo preučevali Pascalov zakon za tekočine in pline, bomo to videli v praksi. Zaradi dejstva, da se molekule prosto gibljejo, se pritisk, ki ga izvaja teža, prenaša tako na stranice kot navzdol. In kaj se zgodi, če tekočino zamenjaš s plinom?
Kako se zrak obnaša pod pritiskom
Recimo, da imamo cilinder z batom, napolnjenim z zrakom. Postavite utež na vrh bata. Kako se prenaša tlak na plin? Ko se bat premika navzdol, se razdalja med molekulami na vrhu plina zmanjša, vendar ne za dolgo. Hitrost molekul plina je na stotine metrov na sekundo. Razdalja med njimi je veliko večja od njihove velikosti. Premikajo se v naključnih smereh in trčijo drug ob drugega.
Ko je batpade, se delci preprosto zaklenejo v manjši prostornini. Posledično pogosteje zadenejo stene posode, in ko se prostornina plina zmanjša, se njegov tlak poveča. Ta postulat si je treba zapomniti, da bi kasneje lažje razumeli Pascalov zakon za tekočine in pline. Število utripov na sekundo na kvadratni centimeter je skoraj enako. To pomeni, da se tlak, ki ga proizvaja bat, prenaša v vse smeri brez sprememb.
Prenos tlaka v različnih smereh
Pascalov zakon, prenosa tlaka s tekočinami in plini ni mogoče razumeti, če ne razumemo ene nenavadnosti: kako to, da pritiskamo navzdol, pritisk pa se prenaša tako navzdol kot na strani? Kaj pa, če je na valj pritrjena cev, ali se bo tlak prenašal navzgor skozi njo? Eksperimentirajmo.
Vzemite dve brizgi, napolnjeni z vodo, in ju povežite s cevjo. Opazujmo, kako bo pritisk prenašala tekočina, ki je v brizgah. Pritisnite na bat ene brizge. Sila pritiska na bat in s tem na tekočino je usmerjena navzdol. Vendar vidimo, da se bat druge brizge dvigne. Izkazalo se je, da tlak, ki se prenaša skozi cev, spremeni smer sile. Zanimivo je, da lahko brizge postavite ne samo navpično, ampak tudi pravokotno drug na drugega. Rezultat bo enak.
Izlijte vodo in v brizgah bo zrak. Ponovimo izkušnjo. Med poskusom bomo videli, da plin prenaša tudi tlak v vse smeri. Pri tekočini je samo ena razlika. Če spustite bat enegabrizgo navzdol in jo pritrdite s prstom, nato pa, ko pritisnete bat druge brizge, se plin stisne. Njegova prostornina se bo zmanjšala za približno dvakrat, bat pa bo poskušal odskočiti navzgor. Ta plin, ki želi povečati svojo prostornino, povzroči, da se bat premakne navzgor. S tekočino bi bilo drugače, stisniti je ne bi bilo mogoče tako enostavno.
Pascalov zakon
Prenos tlaka s tekočinami in plini bomo preučevali s pomočjo izkušenj. Izumil ga je francoski fizik Blaise Pascal. Vzemite votlo kroglo, na katero je pritrjena steklena cev. V različnih delih žoge (zgoraj, stran, dno) so majhne luknje. V notranjosti cevi je nameščen bat. To je posebna naprava za prikaz Pascalovega zakona.
Napolnite balon skozi cev z vodo, da vidite, kako se obnaša. Čeprav gravitacija deluje na žogo od zgoraj navzdol, iz lukenj žoge pritekajo curki vode pod kotom, vstran in celo navzgor. Seveda nekoliko odstopajo od prvotne smeri, ker nanje deluje gravitacija. Vidimo, da se pritisk na vodo prenaša v vse smeri.
Če namesto vode vzamemo dim in naredimo ta poskus, bomo na lastne oči opazovali prenos tlaka v plinu, saj je dim plin, obarvan z majhnimi delci saj ali katrana. Zaradi dejstva, da je zelo lahek, nanj ne bo tako močno vplivala gravitacija, ne bo odstopal od prvotnega položaja tako kot tokovi vode. Tako lahko sklepamo: pritiskna tekočino ali plin, se brez spreminjanja sile prenaša na katero koli točko tekočine in plina v vse smeri. To je Pascalov zakon za tekočine in pline. Formula: P=F/S, kjer je P tlak. Je enaka razmerju sile F in površine S, na katero deluje pravokotno.
