पास्कल के नियम का व्यावहारिक महत्व. पास्कल का नियम. हाइड्रोस्टेटिक दबाव भौतिकी में पास्कल का नियम क्या है?

इस नियम की खोज 1653 में फ्रांसीसी वैज्ञानिक बी. पास्कल ने की थी। इसे कभी-कभी मौलिक नियम भी कहा जाता है।

पास्कल के नियम को पदार्थ की आणविक संरचना के संदर्भ में समझाया जा सकता है। ठोस पदार्थों में, अणु एक क्रिस्टल जाली बनाते हैं और अपने चारों ओर कंपन करते हैं। तरल पदार्थ और गैसों में, अणुओं को सापेक्ष स्वतंत्रता होती है; वे एक दूसरे के सापेक्ष गति कर सकते हैं। यह वह विशेषता है जो किसी तरल (या गैस) पर उत्पन्न दबाव को न केवल बल की दिशा में, बल्कि सभी दिशाओं में प्रसारित करने की अनुमति देती है।

पास्कल के नियम को आधुनिक प्रौद्योगिकी में व्यापक अनुप्रयोग मिला है। आधुनिक सुपरप्रेस का कार्य पास्कल के नियम पर आधारित है, जो लगभग 800 एमपीए का दबाव बनाने की अनुमति देता है। साथ ही, अंतरिक्ष यान, जेट एयरलाइनर, संख्यात्मक रूप से नियंत्रित मशीनें, उत्खनन, डंप ट्रक आदि को नियंत्रित करने वाले सभी हाइड्रोलिक स्वचालन का कार्य इसी कानून पर आधारित है।

हाइड्रोस्टेटिक द्रव दबाव

किसी भी गहराई पर तरल के अंदर हाइड्रोस्टेटिक दबाव उस बर्तन के आकार पर निर्भर नहीं करता है जिसमें तरल स्थित है और यह तरल के उत्पाद और उस गहराई के बराबर होता है जिस पर दबाव निर्धारित होता है:

आराम की स्थिति में एक सजातीय द्रव में, एक ही क्षैतिज तल (समान स्तर पर) में स्थित बिंदुओं पर दबाव समान होता है। चित्र में दिखाए गए सभी मामलों में। 1, बर्तनों के तल पर तरल दबाव समान है।

चित्र .1। पोत के आकार से हाइड्रोस्टैटिक दबाव की स्वतंत्रता

दी गई गहराई पर, तरल सभी दिशाओं में समान रूप से दबाता है, इसलिए दी गई गहराई पर दीवार पर दबाव उसी गहराई पर स्थित क्षैतिज प्लेटफ़ॉर्म के समान होगा।

एक बर्तन में डाले गए तरल में कुल दबाव तरल की सतह पर दबाव और हाइड्रोस्टेटिक दबाव का योग है:

किसी तरल पदार्थ की सतह पर दबाव अक्सर वायुमंडलीय दबाव के बराबर होता है।

समस्या समाधान के उदाहरण

उदाहरण 1

व्यायाम	40 सेमी किनारे वाले एक खोखले घन में पानी डाला जाता है। घन के तल और दीवारों पर पानी के दबाव का बल ज्ञात कीजिए।
समाधान	चलो ड्राइंग बनाते हैं. 1) गहराई पर हाइड्रोस्टेटिक दबाव घन के तल पर पानी के दबाव का बल: निचला क्षेत्र कहाँ है; , 2) पार्श्व सतह पर औसत दबाव सतह स्तर और निचले स्तर पर दबाव के योग के आधे के बराबर है: घन दीवार पर दबाव बल: तालिकाओं से, पानी का घनत्व किग्रा/मीटर है। आइए इकाइयों को एसआई प्रणाली में परिवर्तित करें: घन किनारे की लंबाई सेमी मी। आइए गणना करें: 1) तल पर दबाव बल: 2) दीवार पर दबाव बल:
उत्तर	घन के तल और दीवारों पर पानी का दबाव बल क्रमशः 627 और 314 N है।

उदाहरण 2

व्यायाम	यू-आकार की ट्यूब की दो कोहनियाँ पानी और तेल से भरी होती हैं, जिन्हें पारे से अलग किया जाता है। दोनों कोहनियों में पारे और तरल पदार्थों के बीच का इंटरफेस समान ऊंचाई पर है। यदि तेल स्तंभ की ऊंचाई 20 सेमी है तो पानी के स्तंभ की ऊंचाई निर्धारित करें।
समाधान	चलो ड्राइंग बनाते हैं. पास्कल के नियम के अनुसार, ट्यूब के दोनों मोड़ों पर दबाव बराबर होता है: जल दबाव स्तर तेल का दबाव स्तर पहली समानता में तरल दबाव के लिए अभिव्यक्तियाँ प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त करते हैं:

ध्यान! साइट प्रशासन पद्धतिगत विकास की सामग्री के साथ-साथ संघीय राज्य शैक्षिक मानक के साथ विकास के अनुपालन के लिए ज़िम्मेदार नहीं है।

• प्रतिभागी: कोलेनिकोव मैक्सिम इगोरविच
• प्रमुख: शचेरबिनिना गैलिना गेनाडीवना

कार्य का उद्देश्य: पास्कल के नियम की प्रायोगिक पुष्टि।

परिचय

पास्कल का नियम 1663 में ज्ञात हुआ। यह वह खोज थी जिसने 750,000 kPa से अधिक दबाव वाले हाइड्रोलिक ड्राइव वाले सुपरप्रेस के निर्माण का आधार बनाया, जिसके परिणामस्वरूप हाइड्रोलिक स्वचालन का उदय हुआ जो आधुनिक जेटलाइनर, अंतरिक्ष यान, संख्यात्मक रूप से नियंत्रित मशीनों, शक्तिशाली डंप ट्रकों को नियंत्रित करता है। खनन संयंत्र, प्रेस और उत्खननकर्ता... इस प्रकार, पास्कल के नियम को आधुनिक दुनिया में बहुत अच्छा अनुप्रयोग मिला है। हालाँकि, ये सभी तंत्र काफी जटिल और बोझिल हैं, इसलिए मैं खुद को समझाने और अपने सहपाठियों को समझाने के लिए पास्कल के नियम पर आधारित उपकरण बनाना चाहता था, जिनमें से कई का मानना ​​है कि जब हम घिरे हों तो "प्राचीनता" पर समय बर्बाद करना बेवकूफी है। आधुनिक उपकरणों द्वारा यह विषय आज भी रोचक एवं प्रासंगिक है। इसके अलावा, स्वयं द्वारा बनाए गए उपकरण, एक नियम के रूप में, रुचि जगाते हैं, किसी को सोचने, कल्पना करने और यहां तक ​​​​कि "गहरी पुरातनता" की खोजों को अलग आंखों से देखने पर मजबूर करते हैं।

वस्तुमेरा शोध पास्कल का नियम है।

कार्य का लक्ष्य:पास्कल के नियम की प्रायोगिक पुष्टि।

परिकल्पना:पास्कल के नियम का ज्ञान निर्माण उपकरण डिजाइन करने के लिए उपयोगी हो सकता है।

कार्य का व्यावहारिक महत्व:मेरा काम एक माध्यमिक विद्यालय की 7वीं कक्षा में भौतिकी पाठों में प्रदर्शन के लिए प्रयोग प्रस्तुत करता है। विकसित प्रयोगों को कक्षा में घटनाओं का अध्ययन करते समय प्रदर्शित किया जा सकता है (मुझे उम्मीद है कि इससे भौतिकी का अध्ययन करते समय कुछ अवधारणाएँ बनाने में मदद मिलेगी), और छात्रों के लिए होमवर्क के रूप में।

प्रस्तावित स्थापनाएँ सार्वभौमिक हैं; एक स्थापना का उपयोग कई प्रयोगों को प्रदर्शित करने के लिए किया जा सकता है।

अध्याय 1. हमारी सारी गरिमा सोचने की क्षमता में है

ब्लेज़ पास्कल (1623-1662) - फ्रांसीसी गणितज्ञ, मैकेनिक, भौतिक विज्ञानी, लेखक और दार्शनिक। फ्रांसीसी साहित्य का एक क्लासिक, गणितीय विश्लेषण, संभाव्यता सिद्धांत और प्रक्षेप्य ज्यामिति के संस्थापकों में से एक, कंप्यूटिंग प्रौद्योगिकी के पहले उदाहरणों के निर्माता, हाइड्रोस्टैटिक्स के बुनियादी कानून के लेखक। पास्कल ने हाइड्रोस्टैटिक्स के मौलिक नियम की स्थापना करके भौतिकी के इतिहास में प्रवेश किया और वायुमंडलीय दबाव के अस्तित्व के बारे में टोरिसेली की धारणा की पुष्टि की। दबाव की SI इकाई का नाम पास्कल के नाम पर रखा गया है। पास्कल का नियम कहता है कि किसी तरल या गैस पर डाला गया दबाव सभी दिशाओं में परिवर्तन के बिना किसी भी बिंदु तक प्रसारित होता है। यहां तक ​​कि प्रसिद्ध आर्किमिडीज़ का कानून भी पास्कल के कानून का एक विशेष मामला है।

पास्कल के नियम को तरल पदार्थ और गैसों के गुणों का उपयोग करके समझाया जा सकता है, अर्थात्: तरल और गैस के अणु, एक कंटेनर की दीवारों से टकराकर दबाव बनाते हैं। अणुओं की सांद्रता बढ़ने (घटने) के साथ दबाव बढ़ता (घटता) है।

एक व्यापक समस्या है जिसका उपयोग पास्कल के नियम के संचालन को समझने के लिए किया जा सकता है: जब राइफल से गोली चलाई जाती है, तो उबले अंडे में एक छेद बन जाता है, क्योंकि इस अंडे में दबाव केवल उसके आंदोलन की दिशा में प्रसारित होता है। एक कच्चा अंडा टुकड़ों में टूट जाता है, क्योंकि पास्कल के नियम के अनुसार, तरल में गोली का दबाव सभी दिशाओं में समान रूप से प्रसारित होता है।

वैसे, यह ज्ञात है कि पास्कल ने स्वयं अपने प्रयोगों के दौरान खोजे गए कानून का उपयोग करते हुए एक सिरिंज और एक हाइड्रोलिक प्रेस का आविष्कार किया था।

पास्कल के नियम का व्यावहारिक महत्व

कई तंत्रों का संचालन पास्कल के नियम पर आधारित है; अन्यथा, गैस की संपीड़ितता और सभी दिशाओं में समान रूप से दबाव संचारित करने की क्षमता जैसे गुणों को विभिन्न तकनीकी उपकरणों के डिजाइन में व्यापक अनुप्रयोग मिला है।

1. इस प्रकार, पनडुब्बी को गहराई से ऊपर उठाने के लिए संपीड़ित हवा का उपयोग किया जाता है। गोता लगाते समय पनडुब्बी के अंदर विशेष टैंक पानी से भरे जाते हैं। नाव का वजन बढ़ जाता है और वह डूब जाती है। नाव को उठाने के लिए इन टैंकों में संपीड़ित हवा डाली जाती है, जो पानी को विस्थापित कर देती है। नाव का वजन कम हो जाता है और वह ऊपर तैरने लगती है।

चित्र .1।सतह पर पनडुब्बी: मुख्य गिट्टी टैंक (सीबीटी) भरे नहीं हैं

अंक 2।पनडुब्बी जलमग्न स्थिति में: सेंट्रल सिटी अस्पताल पानी से भर गया

1. वे उपकरण जो संपीड़ित वायु का उपयोग करते हैं, वायवीय कहलाते हैं। इनमें शामिल हैं, उदाहरण के लिए, एक जैकहैमर, जिसका उपयोग डामर को खोलने, जमी हुई मिट्टी को ढीला करने और चट्टानों को कुचलने के लिए किया जाता है। संपीड़ित हवा के प्रभाव में, जैकहैमर की चोटी प्रति मिनट बड़ी विनाशकारी शक्ति के 1000-1500 वार करती है।

1. उत्पादन में, धातुओं को फोर्जिंग और प्रसंस्करण के लिए एक वायवीय हथौड़ा और एक वायवीय प्रेस का उपयोग किया जाता है।

1. एयर ब्रेक का उपयोग ट्रकों और रेलवे वाहनों में किया जाता है। सबवे कारों में दरवाजे संपीड़ित हवा का उपयोग करके खोले और बंद किए जाते हैं। परिवहन में वायु प्रणालियों का उपयोग इस तथ्य के कारण है कि यदि सिस्टम से हवा का रिसाव भी होता है, तो कंप्रेसर के संचालन के कारण इसकी भरपाई हो जाएगी और सिस्टम ठीक से काम करेगा।
2. उत्खनन का संचालन भी पास्कल के नियम पर आधारित है, जहां इसके बूम और बाल्टी को चलाने के लिए हाइड्रोलिक सिलेंडर का उपयोग किया जाता है।

अध्याय 2. विज्ञान की आत्मा उसकी खोजों का व्यावहारिक अनुप्रयोग है

प्रयोग 1 (वीडियो, प्रस्तुति में इस उपकरण के संचालन सिद्धांत को मॉडलिंग करने की विधि)

पास्कल के नियम की क्रिया को एक प्रयोगशाला हाइड्रोलिक प्रेस के संचालन में देखा जा सकता है, जिसमें दो जुड़े हुए बाएं और दाएं सिलेंडर होते हैं, जो समान रूप से तरल (पानी) से भरे होते हैं। इन सिलेंडरों में द्रव स्तर को इंगित करने वाले प्लग (वजन) को काले रंग में हाइलाइट किया गया है।

चावल। 3 हाइड्रोलिक प्रेस का आरेख

चावल। 4. हाइड्रोलिक प्रेस का अनुप्रयोग

यहां क्या हुआ? हमने बाएं सिलेंडर में प्लग को दबाया, जिससे इस सिलेंडर से तरल पदार्थ दाएं सिलेंडर की ओर निकल गया, जिसके परिणामस्वरूप दाएं सिलेंडर में प्लग, नीचे से तरल दबाव का अनुभव करते हुए ऊपर उठ गया। इस प्रकार, द्रव ने दबाव संचारित किया।

मैंने घर पर वही प्रयोग किया, केवल थोड़े अलग रूप में: एक दूसरे से जुड़े दो सिलेंडरों के साथ एक प्रयोग का प्रदर्शन - एक दूसरे से जुड़े मेडिकल सिरिंज और तरल-पानी से भरे हुए।

हाइड्रोलिक प्रेस के डिज़ाइन और संचालन सिद्धांत का वर्णन माध्यमिक विद्यालयों के लिए 7वीं कक्षा की पाठ्यपुस्तक में किया गया है,

प्रयोग 2 (वीडियो, एक प्रस्तुति में इस डिवाइस की असेंबली को प्रदर्शित करने के लिए मॉडलिंग विधि का उपयोग करके)

पिछले प्रयोग के विकास में, पास्कल के नियम को प्रदर्शित करने के लिए, मैंने एक लकड़ी के मिनी-खुदाई का एक मॉडल भी इकट्ठा किया, जिसका आधार पानी से भरा पिस्टन सिलेंडर है। दिलचस्प बात यह है कि पिस्टन के रूप में जो उत्खननकर्ता के बूम और बाल्टी को ऊपर और नीचे करता है, मैंने अपने कानून की पुष्टि करने के लिए ब्लेज़ पास्कल द्वारा आविष्कार की गई मेडिकल सीरिंज का इस्तेमाल किया।

तो, सिस्टम में 20 मिलीलीटर (नियंत्रण लीवर का कार्य) की सामान्य चिकित्सा सीरिंज और 5 मिलीलीटर (पिस्टन का कार्य) की समान सीरिंज शामिल हैं। मैंने इन सीरिंजों को तरल - पानी से भर दिया। सीरिंज को जोड़ने (सीलिंग प्रदान करने) के लिए एक ड्रॉपर सिस्टम का उपयोग किया गया था।

इस प्रणाली को काम करने के लिए, हम लीवर को एक स्थान पर दबाते हैं, पानी का दबाव पिस्टन तक, प्लग में संचारित होता है, प्लग ऊपर उठता है - खुदाई करने वाला यंत्र चलना शुरू कर देता है, खुदाई करने वाले बूम और बाल्टी को नीचे और ऊपर उठाया जाता है।

इस प्रयोग को 7वीं कक्षा के लिए ए.वी. पेरीश्किन की पाठ्यपुस्तक के § 36, पृष्ठ 87 के बाद प्रश्न का उत्तर देकर प्रदर्शित किया जा सकता है: "तरल पदार्थ और गैसों द्वारा दबाव के संचरण की ख़ासियत दिखाने के लिए किस अनुभव का उपयोग किया जा सकता है?" प्रयोग भी दिलचस्प है प्रयुक्त सामग्री की उपलब्धता और पास्कल के नियम के व्यावहारिक अनुप्रयोग का दृष्टिकोण।

अनुभव 3 (वीडियो)

आइए एक पिस्टन (सिरिंज) के साथ ट्यूब में कई छोटे छेद वाली एक खोखली गेंद (पिपेट) जोड़ें।

गुब्बारे में पानी भरें और प्लंजर को दबाएँ। ट्यूब में दबाव बढ़ जाएगा, सभी छिद्रों से पानी बाहर निकलना शुरू हो जाएगा, और पानी की सभी धाराओं में पानी का दबाव समान होगा।

यदि आप पानी के स्थान पर धुएँ का उपयोग करते हैं तो भी यही परिणाम प्राप्त किया जा सकता है।

यह प्रयोग पास्कल के नियम का एक उत्कृष्ट प्रदर्शन है, लेकिन प्रत्येक छात्र के लिए उपलब्ध सामग्री का उपयोग इसे विशेष रूप से प्रभावी और यादगार बनाता है।

माध्यमिक विद्यालयों के लिए 7वीं कक्षा की पाठ्यपुस्तक में एक समान अनुभव का वर्णन और टिप्पणी की गई है,

निष्कर्ष

प्रतियोगिता की तैयारी में, मैं:

• मेरे द्वारा चुने गए विषय पर सैद्धांतिक सामग्री का अध्ययन किया;
• घरेलू उपकरण बनाए और निम्नलिखित मॉडलों पर पास्कल के नियम का प्रायोगिक परीक्षण किया: हाइड्रोलिक प्रेस का एक मॉडल, एक उत्खनन का एक मॉडल।

निष्कर्ष

17वीं शताब्दी में खोजा गया पास्कल का नियम, मानव कार्य को सुविधाजनक बनाने वाले तकनीकी उपकरणों और तंत्रों के डिजाइन में हमारे समय में प्रासंगिक और व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

मुझे आशा है कि मेरे द्वारा एकत्र की गई स्थापनाएँ मेरे मित्रों और सहपाठियों के लिए रुचिकर होंगी और मुझे भौतिकी के नियमों को बेहतर ढंग से समझने में मदद करेंगी।

(1623 - 1662)

पास्कल का नियम कहता है: "किसी तरल या गैस पर डाला गया दबाव तरल या गैस के किसी भी बिंदु पर सभी दिशाओं में समान रूप से प्रसारित होता है।"
इस कथन को सभी दिशाओं में तरल पदार्थों और गैसों के कणों की गतिशीलता द्वारा समझाया गया है।

पास्कल का अनुभव

1648 में, ब्लेज़ पास्कल ने प्रदर्शित किया कि किसी तरल पदार्थ का दबाव उसके स्तंभ की ऊंचाई पर निर्भर करता है।
उन्होंने पानी से भरे एक बंद बैरल में 1 सेमी2 व्यास और 5 मीटर लंबी एक ट्यूब डाली और घर की दूसरी मंजिल की बालकनी तक जाकर इस ट्यूब में एक मग पानी डाला। जब इसमें पानी ~ 4 मीटर की ऊंचाई तक बढ़ गया, तो पानी का दबाव इतना बढ़ गया कि मजबूत ओक बैरल में दरारें बन गईं, जिसके माध्यम से पानी बहता था।

पास्कल की नली

अब सावधान रहें!

यदि आप समान आकार के बर्तन भरते हैं: एक तरल से, दूसरा थोक सामग्री (उदाहरण के लिए, मटर) से, तीसरे में आप दीवारों के करीब एक ठोस वस्तु रखते हैं, और प्रत्येक बर्तन में पदार्थ की सतह पर आप रखते हैं समान वृत्त, उदाहरण के लिए, लकड़ी से बने / उन्हें दीवारों से सटे होना चाहिए /, और शीर्ष पर समान वजन के वजन रखें,

तो फिर प्रत्येक पात्र की तली और दीवारों पर पदार्थ का दबाव कैसे बदलेगा? इसके बारे में सोचो! पास्कल का नियम किस स्थिति में कार्य करता है? भार का बाहरी दबाव कैसे प्रसारित होगा?

पास्कल के नियम का उपयोग किन तकनीकी उपकरणों में किया जाता है?

पास्कल का नियम कई तंत्रों के डिजाइन का आधार है। तस्वीरें देखिये, याद कीजिये!

1. हाइड्रोलिक प्रेस

हाइड्रोलिक गुणक को दबाव बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया गया है (р2 > р1, क्योंकि समान दबाव बल S1 > S2 के साथ)।

मल्टीप्लायरों का उपयोग हाइड्रोलिक प्रेस में किया जाता है।

2. हाइड्रोलिक लिफ्टें

यह हाइड्रोलिक लिफ्ट का एक सरलीकृत आरेख है जो डंप ट्रकों पर स्थापित किया गया है।

चल सिलेंडर का उद्देश्य पिस्टन की उठाने की ऊँचाई को बढ़ाना है। लोड कम करने के लिए नल खोलें।

ट्रैक्टरों को ईंधन की आपूर्ति करने के लिए एक ईंधन भरने वाली इकाई निम्नानुसार संचालित होती है: एक कंप्रेसर ईंधन के साथ एक भली भांति बंद करके सील किए गए टैंक में हवा डालता है, जो एक नली के माध्यम से ट्रैक्टर टैंक में प्रवेश करती है।

4. स्प्रेयर

कृषि कीटों को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले स्प्रेयर में, जहर के घोल पर बर्तन में पंप की गई हवा का दबाव 500,000 N/m2 होता है। नल खुला होने पर तरल पदार्थ का छिड़काव होता है

5. जल आपूर्ति प्रणालियाँ

वायवीय जल आपूर्ति प्रणाली. पंप एयर कुशन को संपीड़ित करके टैंक में पानी की आपूर्ति करता है, और जब हवा का दबाव 400,000 N/m2 तक पहुंच जाता है तो बंद हो जाता है। पानी पाइपों के माध्यम से परिसर में चढ़ता है। जब हवा का दबाव कम हो जाता है, तो पंप फिर से चालू हो जाता है।

6. पानी की बौछारें

1,000,000,000 N/m2 के दबाव में वॉटर कैनन द्वारा छोड़ी गई पानी की एक धारा धातु के रिक्त स्थान में छेद कर देती है और खदानों में चट्टान को कुचल देती है। आधुनिक अग्निशमन उपकरण हाइड्रोकैनन से भी सुसज्जित हैं।

7. पाइपलाइन बिछाते समय

हवा का दबाव पाइपों को "फुलाता" है, जो किनारों पर वेल्डेड सपाट धातु स्टील स्ट्रिप्स के रूप में बने होते हैं। यह विभिन्न उद्देश्यों के लिए पाइपलाइन बिछाने को बहुत सरल बनाता है।

8. वास्तुकला में

सिंथेटिक फिल्म से बना विशाल गुंबद एक दबाव द्वारा समर्थित है जो वायुमंडलीय दबाव से केवल 13.6 N/m2 अधिक है।

9. वायवीय पाइपलाइन

वायवीय कंटेनर पाइपलाइनों में 10,000 - 30,000 N/m2 का दबाव संचालित होता है। इनमें ट्रेनों की गति 45 किमी/घंटा तक पहुंच जाती है। इस प्रकार के परिवहन का उपयोग थोक और अन्य सामग्रियों के परिवहन के लिए किया जाता है।

घरेलू कचरे के परिवहन के लिए कंटेनर।

आप ऐसा कर सकते हैं

1. वाक्यांश समाप्त करें: "जब एक पनडुब्बी गोता लगाती है, तो उसमें हवा का दबाव होता है..."। क्यों?

2. अंतरिक्ष यात्रियों के लिए भोजन अर्ध-तरल रूप में तैयार किया जाता है और लोचदार दीवारों वाली ट्यूबों में रखा जाता है। ट्यूब पर हल्के से दबाव डालकर अंतरिक्ष यात्री उसमें से सामग्री निकाल लेता है। इसमें कौन सा नियम प्रकट होता है?

3. यह सुनिश्चित करने के लिए क्या किया जाना चाहिए कि पानी बर्तन से ट्यूब के माध्यम से बहता रहे?

4. तेल उद्योग में, पृथ्वी की सतह पर तेल उठाने के लिए संपीड़ित हवा का उपयोग किया जाता है, जिसे कंप्रेसर द्वारा तेल-असर परत की सतह के ऊपर अंतरिक्ष में पंप किया जाता है। इसमें कौन सा नियम प्रकट होता है? कैसे?

5. यदि आप हवा से फुलाए गए एक खाली पेपर बैग को अपने हाथ या किसी सख्त चीज से मारते हैं तो वह धमाके के साथ क्यों फट जाता है?

6. जब गहरे समुद्र की मछलियों को सतह पर खींचा जाता है तो उनका तैरने वाला मूत्राशय उनके मुंह से बाहर क्यों निकल जाता है?

पुस्ताक तख्ता

क्या आप इस बारे में जानते हैं?

डिकंप्रेशन बीमारी क्या है?

यदि आप पानी की गहराई से बहुत तेजी से ऊपर उठते हैं तो यह स्वयं प्रकट हो जाता है। पानी का दबाव तेजी से कम हो जाता है और रक्त में घुली हवा फैल जाती है। परिणामी बुलबुले रक्त वाहिकाओं को अवरुद्ध कर देते हैं, जिससे रक्त प्रवाह बाधित होता है और व्यक्ति की मृत्यु हो सकती है। इसलिए, स्कूबा गोताखोर और गोताखोर धीरे-धीरे चढ़ते हैं ताकि रक्त को परिणामी हवा के बुलबुले को फेफड़ों में ले जाने का समय मिल सके।

हम कैसे पीते हैं?

हम अपने मुँह में एक गिलास या चम्मच तरल पदार्थ डालते हैं और उसकी सामग्री को "खींच" लेते हैं। कैसे? वास्तव में, द्रव हमारे मुँह में क्यों चला जाता है? इसका कारण यह है: शराब पीते समय, हम छाती का विस्तार करते हैं और इस तरह मुंह में हवा को पतला कर देते हैं; बाहरी हवा के दबाव में, तरल उस स्थान में चला जाता है जहां दबाव कम होता है, और इस तरह हमारे मुंह में प्रवेश कर जाता है। यहां वही बात होती है जो संचार जहाजों में तरल के साथ होती है यदि हम इनमें से किसी एक जहाज के ऊपर हवा को विरल करना शुरू करते हैं: वायुमंडल के दबाव में, इस बर्तन में तरल बढ़ जाएगा। इसके विपरीत, यदि आप किसी बोतल की गर्दन को अपने होठों से पकड़ते हैं, तो आप किसी भी प्रयास से उसमें से पानी को अपने मुंह में "खींच" नहीं पाएंगे, क्योंकि आपके मुंह में और पानी के ऊपर हवा का दबाव समान है। तो, हम न केवल अपने मुंह से पीते हैं, बल्कि अपने फेफड़ों से भी पीते हैं; आख़िरकार, फेफड़ों का विस्तार ही वह कारण है जिससे तरल पदार्थ हमारे मुँह में चला जाता है।

बुलबुला

महान अंग्रेजी वैज्ञानिक केल्विन ने लिखा, "साबुन का बुलबुला फुलाएं और इसे देखें: आप जीवन भर इसका अध्ययन कर सकते हैं, इससे भौतिकी का पाठ सीखना बंद नहीं करेंगे।"

एक फूल के चारों ओर साबुन का बुलबुला

एक प्लेट या ट्रे में पर्याप्त साबुन का घोल डालें ताकि प्लेट का निचला भाग 2 - 3 मिमी की परत से ढक जाए; बीच में एक फूल या फूलदान रखा जाता है और कांच की कीप से ढक दिया जाता है। फिर, धीरे-धीरे फ़नल को ऊपर उठाते हुए, वे इसकी संकीर्ण ट्यूब में फूंक मारते हैं - एक साबुन का बुलबुला बनता है; जब यह बुलबुला पर्याप्त आकार तक पहुंच जाए, तो बुलबुले को इसके नीचे से मुक्त करते हुए, फ़नल को झुकाएं। तब फूल साबुन की फिल्म से बनी एक पारदर्शी अर्धवृत्ताकार टोपी के नीचे पड़ा होगा, जो इंद्रधनुष के सभी रंगों से झिलमिला रहा होगा।

एक दूसरे के अंदर कई बुलबुले

वर्णित प्रयोग के लिए प्रयुक्त फ़नल से साबुन का एक बड़ा बुलबुला उड़ाया जाता है। फिर पुआल को पूरी तरह से साबुन के घोल में डुबो दें ताकि केवल टिप, जिसे मुंह में लेना होगा, सूखा रहे, और ध्यान से इसे पहले बुलबुले की दीवार के माध्यम से केंद्र तक धकेलें; फिर धीरे-धीरे पुआल को पीछे खींचते हुए, बिना किनारे पर लाए, वे पहले में मौजूद दूसरे बुलबुले को, उसमें - तीसरे, चौथे आदि को उड़ा देते हैं। बुलबुले को तब देखना दिलचस्प होता है जब वह एक से बाहर आता है गर्म कमरे को ठंडे कमरे में बदलना: जाहिरा तौर पर इसकी मात्रा कम हो जाती है और, इसके विपरीत, ठंडे कमरे से गर्म कमरे में जाने पर यह फूल जाता है। निस्संदेह, इसका कारण बुलबुले के अंदर मौजूद हवा का संपीड़न और विस्तार है। यदि, उदाहरण के लिए, ठंढे मौसम में -15 डिग्री सेल्सियस पर, बुलबुले का आयतन 1000 घन मीटर है। सेमी और यह ठंड से एक कमरे में आया जहां तापमान +15°C है, तो इसकी मात्रा में लगभग 1000 * 30 * 1/273 = लगभग 110 घन मीटर की वृद्धि होनी चाहिए। सेमी।

साबुन के बुलबुले की नाजुकता के बारे में सामान्य विचार पूरी तरह से सही नहीं हैं: उचित प्रबंधन के साथ, साबुन के बुलबुले को पूरे दशकों तक संरक्षित करना संभव है। अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी देवर (वायु द्रवीकरण पर अपने काम के लिए प्रसिद्ध) ने साबुन के बुलबुले को विशेष बोतलों में संग्रहीत किया, जो धूल, सूखने और हवा के झटके से अच्छी तरह से सुरक्षित थे; ऐसी परिस्थितियों में वह कुछ बुलबुलों को एक महीने या उससे अधिक समय तक सुरक्षित रखने में कामयाब रहा। अमेरिका में लॉरेंस वर्षों तक साबुन के बुलबुले को कांच के ढक्कन के नीचे सुरक्षित रखने में कामयाब रहे।

द्रव में दबाव. पास्कल का नियम

तरल पदार्थों में, कण गतिशील होते हैं, इसलिए उनका अपना आकार नहीं होता है, लेकिन उनका अपना आयतन होता है और वे संपीड़न और खिंचाव का विरोध करते हैं; कतरनी विरूपण (प्रवाह संपत्ति) का विरोध न करें।

विरामावस्था में किसी तरल पदार्थ में दो प्रकार के स्थैतिक दबाव होते हैं: द्रवस्थैतिकऔर बाहरी. पृथ्वी के प्रति आकर्षण के कारण, तरल पदार्थ बर्तन के तल और दीवारों के साथ-साथ उसके अंदर स्थित पिंडों पर भी दबाव डालता है। द्रव स्तंभ के भार के कारण दबाव को हाइड्रोस्टैटिक कहा जाता है। अलग-अलग ऊंचाई पर द्रव का दबाव अलग-अलग होता है और यह उस साइट के उन्मुखीकरण पर निर्भर नहीं करता है जिस पर इसे लागू किया जाता है।

मान लीजिए कि तरल एक बेलनाकार बर्तन में है जिसका क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र S है; द्रव स्तंभ की ऊँचाई h. तब

किसी तरल पदार्थ का हाइड्रोस्टेटिक दबाव घनत्व पर निर्भर करता है आरतरल, मुक्त गिरावट के त्वरण जी से और गहराई एच से जिस पर प्रश्न में बिंदु स्थित है। यह द्रव स्तंभ के आकार पर निर्भर नहीं करता है।

गहराई h को विचाराधीन बिंदु से तरल की मुक्त सतह के स्तर तक लंबवत रूप से मापा जाता है।

भारहीनता की स्थिति में, तरल में कोई हाइड्रोस्टेटिक दबाव नहीं होता है, क्योंकि इन परिस्थितियों में तरल भारहीन हो जाता है। बाहरी दबाव किसी बाहरी बल के प्रभाव में किसी तरल पदार्थ के संपीड़न की विशेषता बताता है। यह इसके बराबर है:

बाहरी दबाव का उदाहरण: वायुमंडलीय दबाव और हाइड्रोलिक सिस्टम में बनाया गया दबाव। फ्रांसीसी वैज्ञानिक ब्लेज़ पास्कल (1623-1662) ने स्थापित किया: तरल पदार्थ और गैसें अपने ऊपर पड़ने वाले दबाव को सभी दिशाओं में समान रूप से संचारित करते हैं (पास्कल का नियम). दबाव मापने के लिए उपयोग करें दबावमापक यन्त्र.

उनके डिज़ाइन बहुत विविध हैं। उदाहरण के तौर पर, तरल दबाव नापने का यंत्र के उपकरण पर विचार करें। इसमें एक यू-आकार की ट्यूब होती है, जिसका एक सिरा एक जलाशय से जुड़ा होता है जिसमें दबाव मापा जाता है। दबाव नापने का यंत्र की कोहनियों में स्तंभों के अंतर से दबाव निर्धारित किया जा सकता है।

कोई ड्यूस नहीं

यह ज्ञात है कि गैस उसे प्रदान की गई संपूर्ण मात्रा को भर देती है। साथ ही यह बर्तन की तली और दीवारों पर दबाव डालता है। यह दबाव कंटेनर की दीवारों के साथ गैस अणुओं की गति और टकराव के कारण होता है। चूँकि सभी दिशाएँ समान हैं, इसलिए सभी दीवारों पर दबाव समान होगा।

गैस का दबाव इस पर निर्भर करता है:

गैस के द्रव्यमान से - बर्तन में जितनी अधिक गैस होगी, दबाव उतना ही अधिक होगा,
-पात्र के आयतन के आधार पर - एक निश्चित द्रव्यमान की गैस का आयतन जितना छोटा होगा, दबाव उतना ही अधिक होगा,
- तापमान पर - बढ़ते तापमान के साथ, अणुओं की गति की गति बढ़ जाती है, जो अधिक तीव्रता से बातचीत करते हैं और बर्तन की दीवारों से टकराते हैं, और इसलिए दबाव बढ़ जाता है।

गैसों को संग्रहीत और परिवहन करने के लिए, उन्हें दृढ़ता से संपीड़ित किया जाता है, जिससे उनका दबाव बहुत बढ़ जाता है। इसलिए, ऐसे मामलों में, विशेष, बहुत टिकाऊ स्टील सिलेंडर का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, ऐसे सिलेंडर पनडुब्बियों में संपीड़ित हवा संग्रहीत करते हैं।

फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी ब्लेज़ पास्कल ने एक कानून स्थापित किया जो तरल पदार्थ या गैसों के दबाव का वर्णन करता है। पास्कल का नियम: किसी तरल या गैस पर लगने वाला दबाव तरल या गैस के प्रत्येक बिंदु पर अपरिवर्तित रूप से प्रसारित होता है।

पृथ्वी पर सभी पिंडों की तरह तरल पदार्थ भी गुरुत्वाकर्षण से प्रभावित होते हैं। इसलिए, एक बर्तन में तरल की प्रत्येक परत अपने वजन के साथ अन्य परतों पर दबाव डालती है, और यह दबाव, पास्कल के नियम के अनुसार, सभी दिशाओं में प्रसारित होता है। अर्थात द्रव के अंदर दबाव होता है और एक ही स्तर पर यह सभी दिशाओं में समान होता है। गहराई के साथ द्रव का दबाव बढ़ता है। किसी द्रव का दबाव उसके गुणों पर भी निर्भर करता है, अर्थात्। इसके घनत्व पर.

चूँकि गहराई के साथ द्रव का दबाव बढ़ता है, एक गोताखोर पारंपरिक हल्के डाइविंग सूट में 100 मीटर तक की गहराई पर काम कर सकता है। अधिक गहराई पर विशेष सुरक्षा की आवश्यकता होती है। कई किलोमीटर की गहराई पर शोध के लिए बाथस्फेयर और बाथिसकैप्स का उपयोग किया जाता है, जो महत्वपूर्ण दबाव का सामना कर सकते हैं।

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तरल में दबाव. पास्कल का नियम. गहराई पर तरल में दबाव की निर्भरता

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इस पाठ में हम तरल और गैसीय पिंडों और ठोस पिंडों के बीच अंतर देखेंगे। यदि हम किसी तरल पदार्थ का आयतन बदलना चाहते हैं, तो हमें उस बल के बराबर बड़ा बल लगाना होगा जो हम किसी ठोस का आयतन बदलते समय लगाते हैं। यहां तक ​​कि गैस की मात्रा बदलने के लिए भी बहुत गंभीर बल की आवश्यकता होती है, जैसे पंप और अन्य यांत्रिक उपकरण। लेकिन अगर हम किसी तरल या गैस का आकार बदलना चाहते हैं और इसे धीरे-धीरे बदलना चाहते हैं, तो हमें कोई प्रयास नहीं करना पड़ेगा। यह तरल और गैस और ठोस के बीच मुख्य अंतर है।

द्रव दबाव

इस प्रभाव का कारण क्या है? तथ्य यह है कि जब तरल की विभिन्न परतें एक-दूसरे के सापेक्ष विस्थापित होती हैं, तो उसमें विरूपण से जुड़ी कोई ताकत उत्पन्न नहीं होती है। तरल और गैसीय मीडिया में कोई बदलाव या विकृति नहीं होती है, लेकिन ठोस निकायों में, जब एक परत को दूसरे के खिलाफ स्थानांतरित करने की कोशिश की जाती है, तो महत्वपूर्ण लोचदार बल उत्पन्न होते हैं। इसलिए, वे कहते हैं कि तरल जिस आयतन में रखा जाता है, उसके निचले हिस्से को भरने लगता है। गैस उस पूरे आयतन को भर देती है जिसमें उसे रखा जाता है। लेकिन यह वास्तव में एक गलत धारणा है, क्योंकि अगर हम अपनी पृथ्वी को बाहर से देखते हैं, तो हम देखेंगे कि गैस (पृथ्वी का वायुमंडल) नीचे गिरती है और पृथ्वी की सतह पर एक निश्चित क्षेत्र को भरने लगती है। इस क्षेत्र की ऊपरी सीमा समुद्रों, महासागरों और झीलों में भरे तरल पदार्थ की सतह की तरह काफी सपाट और चिकनी है। बात यह है कि गैस का घनत्व तरल के घनत्व से बहुत कम होता है, इसलिए यदि गैस बहुत सघन होती तो वह वैसे ही नीचे गिरती और हमें वायुमंडल की ऊपरी सीमा दिखाई देती। इस तथ्य के कारण कि तरल पदार्थ और गैसों में कोई बदलाव या विकृति नहीं होती है, सभी बल तरल और गैसीय माध्यम के विभिन्न क्षेत्रों के बीच परस्पर क्रिया करते हैं; ये इन भागों को अलग करने वाली सामान्य सतह के साथ निर्देशित बल हैं। ऐसे बल, जो हमेशा एक सामान्य सतह की ओर निर्देशित होते हैं, कहलाते हैं दबाव बल. यदि हम किसी निश्चित सतह पर दबाव बल के परिमाण को इस सतह के क्षेत्रफल से विभाजित करते हैं, तो हमें दबाव बल घनत्व प्राप्त होता है, जिसे केवल दबाव कहा जाता है (या कभी-कभी हाइड्रोस्टेटिक दबाव जोड़ा जाता है), यहां तक ​​कि गैसीय माध्यम में भी , चूंकि दबाव के दृष्टिकोण से एक गैसीय माध्यम व्यावहारिक रूप से एक तरल माध्यम से अलग नहीं होता है।

पास्कल का नियम

तरल और गैसीय मीडिया में दबाव वितरण के गुणों का अध्ययन 17वीं शताब्दी की शुरुआत से किया जा रहा है; तरल और गैसीय मीडिया में दबाव वितरण के नियम स्थापित करने वाले पहले फ्रांसीसी गणितज्ञ ब्लेज़ पास्कल थे।

दबाव का परिमाण उस सतह पर सामान्य की दिशा पर निर्भर नहीं करता है जिस पर यह दबाव लगाया जाता है, अर्थात, सभी दिशाओं में दबाव वितरण आइसोट्रोपिक (समान) होता है।

यह कानून प्रायोगिक तौर पर स्थापित किया गया था। मान लीजिए कि एक निश्चित तरल में एक आयताकार प्रिज्म है, जिसका एक पैर लंबवत स्थित है, और दूसरा - क्षैतिज रूप से। ऊर्ध्वाधर दीवार पर दबाव P2 होगा, क्षैतिज दीवार पर दबाव P3 होगा, एक मनमानी दीवार पर दबाव P1 होगा। तीन भुजाएँ एक समकोण त्रिभुज बनाती हैं, इन भुजाओं पर कार्य करने वाले दबाव बल इन सतहों के सामान्य दिशा में निर्देशित होते हैं। चूँकि चयनित आयतन संतुलन, विश्राम की स्थिति में है, और कहीं भी गति नहीं करता है, इसलिए, उस पर कार्य करने वाले बलों का योग शून्य के बराबर है। कर्ण के सामान्य रूप से कार्य करने वाला बल सतह क्षेत्र के समानुपाती होता है, अर्थात सतह क्षेत्र के दबाव गुना के बराबर होता है। ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज दीवारों पर कार्य करने वाले बल भी इन सतहों के क्षेत्रों के समानुपाती होते हैं और लंबवत रूप से निर्देशित भी होते हैं। अर्थात्, ऊर्ध्वाधर पर कार्य करने वाला बल क्षैतिज रूप से निर्देशित होता है, और क्षैतिज पर कार्य करने वाला बल लंबवत रूप से निर्देशित होता है। इन तीनों बलों का योग शून्य होता है, इसलिए ये एक त्रिभुज बनाते हैं, जो इस त्रिभुज के पूर्णतः समान होता है।

चावल। 1. किसी वस्तु पर कार्य करने वाले बलों का वितरण

इन त्रिभुजों की समानता के कारण, और वे समान हैं, क्योंकि उन्हें बनाने वाली भुजाएँ एक-दूसरे के लंबवत हैं, यह इस प्रकार है कि इस त्रिभुज की भुजाओं के क्षेत्रफलों के बीच आनुपातिकता का गुणांक सभी भुजाओं के लिए समान होना चाहिए, अर्थात , पी 1 = पी 2 = पी 3.

इस प्रकार, हम पास्कल के प्रायोगिक नियम की पुष्टि करते हैं, जो बताता है कि दबाव किसी भी दिशा में निर्देशित होता है और परिमाण में बराबर होता है। इसलिए, हमने स्थापित किया है कि, पास्कल के नियम के अनुसार, किसी तरल पदार्थ में किसी दिए गए बिंदु पर दबाव सभी दिशाओं में समान होता है।

अब हम सिद्ध करेंगे कि किसी द्रव में समान स्तर पर दबाव हर जगह समान होता है।

चावल। 2. सिलेंडर की दीवारों पर कार्य करने वाले बल

आइए कल्पना करें कि हमारे पास घनत्व वाले तरल से भरा एक सिलेंडर है ρ , सिलेंडर की दीवारों पर दबाव क्रमशः पी 1 और पी 2 है, चूंकि तरल का द्रव्यमान आराम पर है, सिलेंडर की दीवारों पर कार्य करने वाले बल बराबर होंगे, क्योंकि उनके क्षेत्र बराबर हैं, यानी, पी 1 = पी 2. इस प्रकार हमने सिद्ध किया कि समान स्तर पर द्रव में दाब समान होता है।

गहराई पर तरल में दबाव की निर्भरता

आइए हम गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में स्थित एक तरल पदार्थ पर विचार करें। गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र तरल पर कार्य करता है और इसे संपीड़ित करने का प्रयास करता है, लेकिन तरल बहुत कमजोर रूप से संपीड़ित होता है, क्योंकि यह संपीड़ित नहीं होता है और किसी भी प्रभाव में तरल का घनत्व हमेशा समान होता है। यह तरल और गैस के बीच एक गंभीर अंतर है, इसलिए जिन सूत्रों पर हम विचार करेंगे वे एक असम्पीडित तरल से संबंधित हैं और गैसीय वातावरण में लागू नहीं होते हैं।

चावल। 3. द्रव्य सहित वस्तु

आइए तरल क्षेत्र S = 1, ऊंचाई h, तरल घनत्व ρ वाली एक वस्तु पर विचार करें, जो गुरुत्वाकर्षण त्वरण g के साथ गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में है। ऊपर द्रव दबाव P 0 और नीचे दबाव P h है, चूँकि वस्तु संतुलन की स्थिति में है, उस पर कार्य करने वाले बलों का योग शून्य के बराबर होगा। गुरुत्वाकर्षण बल द्रव के घनत्व प्रति गुरुत्वाकर्षण त्वरण और आयतन के बराबर होगा Ft = ρ g V, चूँकि V = h S, और S = 1, तो हमें Ft = ρ g h मिलता है।

कुल दबाव बल क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र से गुणा किए गए दबाव अंतर के बराबर है, लेकिन चूंकि हमारे पास यह एकता के बराबर है, तो पी = पी एच - पी 0

चूँकि यह वस्तु गतिमान नहीं है, ये दोनों बल एक दूसरे के बराबर हैं Ft = P.

हमें गहराई पर द्रव दबाव की निर्भरता या हाइड्रोस्टेटिक दबाव का नियम मिलता है। गहराई h पर दबाव शून्य गहराई पर दबाव से ρ g h की मात्रा से भिन्न होता है: P h = P 0 + (ρ g h)।

संचार वाहिकाओं का नियम

दो व्युत्पन्न कथनों का उपयोग करके, हम एक और कानून प्राप्त कर सकते हैं - संचार वाहिकाओं का कानून।

चावल। 4. संचार वाहिकाएँ

विभिन्न क्रॉस-सेक्शन के दो सिलेंडर एक दूसरे से जुड़े हुए हैं; आइए इन बर्तनों में घनत्व ρ का तरल डालें। संचार जहाजों का नियम कहता है: इन जहाजों में स्तर बिल्कुल समान होंगे।आइए इस कथन को सिद्ध करें।

छोटे बर्तन के शीर्ष पर दबाव P 0, बर्तन के तल पर दबाव से ρ g h की मात्रा से कम होगा, उसी प्रकार दबाव P 0 बड़े बर्तन के तल पर दबाव से कम होगा समान मात्रा ρ g h से, चूँकि उनका घनत्व और गहराई समान है, इसलिए, ये मान उनके लिए समान होंगे।

यदि अलग-अलग घनत्व वाले तरल पदार्थ बर्तनों में डाले जाते हैं, तो उनका स्तर अलग-अलग होगा।

निष्कर्ष। हाइड्रॉलिक प्रेस

हाइड्रोस्टैटिक्स के नियम 17वीं शताब्दी की शुरुआत में पास्कल द्वारा स्थापित किए गए थे, और तब से, इन कानूनों के आधार पर, बड़ी संख्या में विभिन्न हाइड्रोलिक मशीनें और तंत्र काम कर रहे हैं। हम हाइड्रोलिक प्रेस नामक एक उपकरण को देखेंगे।

चावल। 5. हाइड्रोलिक प्रेस

क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्रों एस 1 और एस 2 के साथ दो सिलेंडरों से युक्त एक बर्तन में, डाला गया तरल समान ऊंचाई पर स्थापित किया जाता है। इन सिलेंडरों में पिस्टन रखकर और बल F 1 लगाने से, हमें F 1 = P 0 S 1 प्राप्त होता है।

इस तथ्य के कारण कि पिस्टन पर लागू दबाव समान हैं, यह देखना आसान है कि बड़े पिस्टन को आराम पर रखने के लिए जो बल लगाया जाना चाहिए वह छोटे पिस्टन पर लगाए गए बल से अधिक होगा, अनुपात इन बलों में से बड़े पिस्टन का क्षेत्रफल छोटे पिस्टन के क्षेत्रफल से विभाजित होता है।

एक छोटे पिस्टन पर मनमाने ढंग से छोटा बल लगाने से, हम एक बड़े पिस्टन पर एक बहुत बड़ा बल विकसित करेंगे - हाइड्रोलिक प्रेस बिल्कुल इसी तरह काम करता है। बड़े प्रेस पर या उस स्थान पर रखे गए हिस्से पर जो बल लगाया जाएगा वह मनमाने ढंग से बड़ा होगा।

अगला विषय गतिहीन पिंडों के लिए आर्किमिडीज़ के नियम हैं।

गृहकार्य

1. पास्कल के नियम को परिभाषित करें।
2. संचार जहाजों का नियम क्या बताता है?
3. साइट (स्रोत) से प्रश्नों के उत्तर दें।

1. तिखोमीरोवा एस.ए., यावोर्स्की बी.एम. भौतिकी (बुनियादी स्तर) - एम.: मेनेमोसिन, 2012।
2. गेंडेनशेटिन एल.ई., डिक यू.आई. भौतिक विज्ञान 10वीं कक्षा। - एम.: इलेक्सा, 2005।
3. ग्रोमोव एस.वी., रोडिना एन.ए. भौतिकी 7वीं कक्षा, 2002।

तरल पदार्थ और गैसों के लिए पास्कल का नियम

तरल पदार्थ और गैसें उन पर लागू होने वाले दबाव को सभी दिशाओं में समान रूप से संचारित करते हैं।

इस नियम की खोज 14वीं शताब्दी के मध्य में फ्रांसीसी वैज्ञानिक बी. पास्कल ने की थी और बाद में इसे इसका नाम मिला।

यह तथ्य कि तरल पदार्थ और गैसें दबाव संचारित करते हैं, उन कणों की उच्च गतिशीलता से समझाया जाता है जिनसे वे बने हैं; यह उन्हें ठोस निकायों से महत्वपूर्ण रूप से अलग करता है, जिनके कण निष्क्रिय होते हैं और केवल उनके संतुलन की स्थिति के आसपास ही दोलन कर सकते हैं। मान लीजिए कि एक गैस पिस्टन वाले बंद बर्तन में है; इसके अणु उसे प्रदान की गई पूरी मात्रा को समान रूप से भरते हैं। आइए पिस्टन को घुमाएँ, बर्तन का आयतन कम करें, पिस्टन से सटी गैस की परत संकुचित हो जाएगी, गैस के अणु पिस्टन से कुछ दूरी की तुलना में अधिक सघनता से स्थित होंगे। लेकिन कुछ समय बाद, गैस के कण, अराजक गति में भाग लेते हुए, अन्य कणों के साथ मिल जाएंगे, गैस का घनत्व कम हो जाएगा, लेकिन पिस्टन के हिलने से पहले की तुलना में अधिक हो जाएगा। इस मामले में, बर्तन के तल और दीवारों पर प्रभावों की संख्या बढ़ जाती है, इसलिए, पिस्टन का दबाव गैस द्वारा सभी दिशाओं में समान रूप से प्रसारित होता है और प्रत्येक बिंदु पर समान मात्रा में बढ़ जाता है। इसी तरह का तर्क तरल पदार्थों पर भी लागू किया जा सकता है।

पास्कल के नियम का निरूपण

आराम की स्थिति में किसी तरल (गैस) पर बाहरी बलों द्वारा उत्पन्न दबाव पदार्थ द्वारा तरल (गैस) और बर्तन की दीवारों के किसी भी बिंदु पर बिना किसी परिवर्तन के सभी दिशाओं में प्रसारित होता है।

यदि संपीडनशीलता की उपेक्षा की जाती है तो पास्कल का नियम असंपीड्य और संपीड्य तरल पदार्थों और गैसों के लिए लागू होता है। यह नियम ऊर्जा संरक्षण के नियम का परिणाम है।

तरल पदार्थ और गैसों का हाइड्रोस्टेटिक दबाव

तरल पदार्थ और गैसें न केवल बाहरी दबाव संचारित करते हैं, बल्कि गुरुत्वाकर्षण के अस्तित्व के कारण उत्पन्न होने वाला दबाव भी संचारित करते हैं। यह बल तरल (गैस) के अंदर दबाव बनाता है, जो विसर्जन की गहराई पर निर्भर करता है, जबकि लागू बाहरी बल पदार्थ के किसी भी बिंदु पर इस दबाव को उसी मात्रा में बढ़ा देते हैं।

किसी द्रव (गैस) द्वारा विराम अवस्था में लगाया गया दबाव हाइड्रोस्टैटिक कहलाता है। किसी तरल (गैस) के अंदर किसी भी गहराई पर हाइड्रोस्टैटिक दबाव ($p$) उस बर्तन के आकार पर निर्भर नहीं करता है जिसमें वह स्थित है और इसके बराबर है:

जहां $h$ तरल (गैस) स्तंभ की ऊंचाई है; $\rho$ पदार्थ का घनत्व है। हाइड्रोस्टैटिक दबाव के लिए सूत्र (1) से यह निष्कर्ष निकलता है कि तरल (गैस) के सभी स्थानों पर जो समान गहराई पर हैं, दबाव समान है। जैसे-जैसे गहराई बढ़ती है, हाइड्रोस्टैटिक दबाव बढ़ता है। इस प्रकार, 10 किमी की गहराई पर, पानी का दबाव लगभग $ ^8 Pa$ है।

पास्कल के नियम का एक परिणाम: संतुलन की स्थिति में तरल (गैस) के समान क्षैतिज स्तर पर किसी भी बिंदु पर दबाव का मान समान होता है।

समाधान सहित समस्याओं के उदाहरण

व्यायाम।अलग-अलग आकार के तीन बर्तन दिए गए हैं (चित्र 1)। प्रत्येक जहाज के तल का क्षेत्रफल $S$ है। किस बर्तन में तली पर समान तरल का दबाव सबसे अधिक होता है?

समाधान।यह समस्या हाइड्रोस्टैटिक विरोधाभास से संबंधित है। पास्कल के नियम का एक परिणाम यह है कि किसी तरल का दबाव बर्तन के आकार पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि तरल स्तंभ की ऊंचाई से निर्धारित होता है। चूँकि, समस्या की स्थितियों के अनुसार, प्रत्येक बर्तन के तल का क्षेत्रफल S के बराबर है, चित्र 1 से हम देखते हैं कि तरल के अलग-अलग वजन के बावजूद, तरल स्तंभों की ऊंचाई समान है, सभी बर्तनों के तल पर "वजन" दबाव का बल समान होता है और एक बेलनाकार बर्तन में तरल के वजन के बराबर होता है। इस विरोधाभास की व्याख्या इस तथ्य में निहित है कि झुकी हुई दीवारों पर तरल दबाव के बल में एक ऊर्ध्वाधर घटक होता है, जो एक बर्तन में नीचे की ओर निर्देशित होता है जो ऊपर की ओर संकीर्ण होता है और एक विस्तारित बर्तन में ऊपर की ओर निर्देशित होता है।

व्यायाम।चित्र 2 तरल पदार्थ के साथ दो संचार वाहिकाओं को दर्शाता है। जहाजों में से एक का क्रॉस सेक्शन दूसरे से $n\$ गुना छोटा है। बर्तन पिस्टन से बंद होते हैं। छोटे पिस्टन पर एक बल $F_2 लगाया जाता है।\ $सिस्टम को संतुलन की स्थिति में रखने के लिए बड़े पिस्टन पर कौन सा बल लगाया जाना चाहिए?

समाधान।समस्या एक हाइड्रोलिक प्रेस का आरेख प्रस्तुत करती है जो पास्कल के नियम के आधार पर संचालित होती है। पहला पिस्टन तरल पर जो दबाव बनाता है वह बराबर होता है:

दूसरा पिस्टन तरल पर दबाव डालता है:

यदि सिस्टम संतुलन में है, $p_1$ और $p_2$ बराबर हैं, तो हम लिखते हैं:

आइए बड़े पिस्टन पर लगाए गए बल का परिमाण ज्ञात करें:

तरल पदार्थों में दबाव पास्कल का नियम

§ 11. पास्कल का नियम. संचार वाहिकाएँ

मान लीजिए कि तरल (या गैस) को एक बंद बर्तन में बंद कर दिया गया है (चित्र 17)।

किसी तरल पदार्थ पर उसकी सीमा पर किसी एक स्थान पर डाला गया दबाव, उदाहरण के लिए पिस्टन द्वारा, तरल के सभी बिंदुओं पर बिना किसी बदलाव के संचारित होता है - पास्कल का नियम.

पास्कल का नियम गैसों के लिए भी मान्य है। यह नियम तरल में मानसिक रूप से पहचाने गए मनमाने बेलनाकार आयतनों की संतुलन स्थितियों पर विचार करके प्राप्त किया जा सकता है (चित्र 17), इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए कि तरल किसी भी सतह पर केवल उसके लंबवत दबाव डालता है।

उसी तकनीक का उपयोग करके, यह दिखाया जा सकता है कि एक समान गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की उपस्थिति के कारण, `H` की दूरी पर एक दूसरे से ऊंचाई पर स्थित तरल के दो स्तरों पर दबाव का अंतर, संबंध `डेल्टैप = द्वारा दिया जाता है rhogH`, जहां `rho` तरल का घनत्व है। यह संकेत करता है

एक सजातीय तरल से भरे संचार जहाजों में, एक ही क्षैतिज विमान में स्थित तरल के सभी बिंदुओं पर दबाव समान होता है, जहाजों के आकार की परवाह किए बिना।

इस मामले में, संचार वाहिकाओं में तरल की सतहें समान स्तर पर सेट होती हैं (चित्र 18)।

गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के कारण किसी तरल पदार्थ में जो दबाव दिखाई देता है उसे हाइड्रोस्टैटिक कहा जाता है। `H` गहराई पर एक तरल में, तरल की सतह से गिनती करते हुए, हाइड्रोस्टेटिक दबाव `p=rhogH` होता है। किसी तरल में कुल दबाव तरल की सतह पर दबाव (आमतौर पर वायुमंडलीय दबाव) और हाइड्रोस्टेटिक दबाव का योग होता है।

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द्रव, गैस और ठोस के दबाव की प्रकृति अलग-अलग होती है। हालाँकि तरल पदार्थ और गैसों के दबाव अलग-अलग प्रकृति के होते हैं, लेकिन उनके दबावों का एक समान प्रभाव होता है जो उन्हें ठोस पदार्थों से अलग करता है। यह प्रभाव, या बल्कि एक भौतिक घटना, पास्कल के नियम द्वारा वर्णित है।

पास्कल का नियम कहता है कि, किसी तरल या गैस में किसी बिंदु पर बाहरी बलों द्वारा उत्पन्न दबाव किसी भी बिंदु पर परिवर्तन किए बिना तरल या गैस के माध्यम से प्रसारित होता है. इस नियम की खोज 17वीं शताब्दी में ब्लेज़ पास्कल ने की थी।

पास्कल के नियम का अर्थ है कि यदि, उदाहरण के लिए, किसी गैस को 10 N के बल से दबाया जाता है, और इस दबाव का क्षेत्र 10 सेमी 2 (यानी (0.1 * 0.1) m 2 = 0.01 m 2) है, तो दबाव जिस बिंदु पर बल लगाया गया है उस बिंदु पर p = F/S = 10 N / 0.01 m 2 = 1000 Pa बढ़ जाएगा, और गैस में सभी स्थानों पर दबाव इस मात्रा से बढ़ जाएगा। अर्थात्, दबाव गैस के किसी भी बिंदु पर परिवर्तन के बिना प्रसारित किया जाएगा।

तरल पदार्थों के लिए भी यही सच है. लेकिन ठोस पदार्थों के लिए - नहीं. यह इस तथ्य के कारण है कि तरल और गैस के अणु गतिशील होते हैं, और ठोस पदार्थों में, हालांकि वे कंपन कर सकते हैं, फिर भी वे अपनी जगह पर बने रहते हैं। गैसों और तरल पदार्थों में, अणु उच्च दबाव वाले क्षेत्र से कम दबाव वाले क्षेत्र की ओर बढ़ते हैं, जिससे पूरे आयतन में दबाव जल्दी से बराबर हो जाता है।

पास्कल का नियम अनुभव से पुष्ट होता है। यदि आप पानी से भरी रबर की गेंद में बहुत छोटे छेद कर देंगे, तो पानी उनमें से टपकेगा। यदि आप अब गेंद के किसी एक स्थान पर दबाते हैं, तो सभी छिद्रों से, चाहे वे बल लगाने वाले स्थान से कितनी भी दूर क्यों न हों, पानी लगभग समान शक्ति की धाराओं में बहेगा। इससे पता चलता है कि दबाव पूरे आयतन में फैल गया है।

पास्कल के नियम के व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं। यदि किसी तरल के एक छोटे से सतह क्षेत्र पर एक निश्चित बल लगाया जाता है, तो तरल की पूरी मात्रा में दबाव में वृद्धि होगी। यह दबाव एक बड़े सतह क्षेत्र को स्थानांतरित करने का काम कर सकता है।

उदाहरण के लिए, यदि बल F1 को क्षेत्र S1 पर लागू किया जाता है, तो पूरे आयतन में अतिरिक्त दबाव p बनाया जाएगा:

यह दबाव क्षेत्र S2 पर एक बल F2 लगाता है:

इससे पता चलता है कि क्षेत्र जितना बड़ा होगा, बल उतना ही अधिक होगा। अर्थात्, यदि हम एक छोटे क्षेत्र पर एक छोटा बल उत्पन्न करते हैं, तो वह बड़े क्षेत्र पर एक बड़े बल में बदल जाता है। यदि सूत्र में हम दबाव (पी) को मूल बल और क्षेत्र से प्रतिस्थापित करते हैं, तो हमें निम्नलिखित सूत्र मिलता है:

एफ 2 = (एफ 1 / एस 1) * एस 2 = (एफ 1 * एस 2) / एस 1

आइए F 1 को बाईं ओर ले जाएँ:

एफ 2 /एफ 1 = एस 2 /एस 1

इसका तात्पर्य यह है कि F 2, F 1 से उतना ही गुना बड़ा है जितना S 2, S 1 से बड़ा है।

ताकत में इस लाभ के आधार पर, हाइड्रोलिक प्रेस बनाए जाते हैं। उनमें, एक संकीर्ण पिस्टन पर एक छोटा सा बल लगाया जाता है। परिणामस्वरूप, चौड़े पिस्टन में एक बड़ा बल उत्पन्न होता है, जो भारी भार उठाने या दबाए गए पिंडों पर दबाव डालने में सक्षम होता है।