กฎของปาสกาลสำหรับของเหลวและก๊าซกล่าวว่าความดันที่แพร่กระจายในสารจะไม่เปลี่ยนความแรงและถูกส่งไปทุกทิศทางอย่างเท่าเทียมกัน สารที่เป็นของเหลวและก๊าซมีพฤติกรรมภายใต้ความกดดันที่มีความแตกต่างบางประการ ความแตกต่างเกิดจากพฤติกรรมของอนุภาคและน้ำหนักของก๊าซและของเหลว ในบทความ เราจะพิจารณารายละเอียดทั้งหมดนี้ด้วยความช่วยเหลือของการทดลองด้วยภาพ
ส่งแรงดันของเหลว
ลองหยิบภาชนะทรงกระบอกซึ่งลูกสูบด้านบนผนึกอย่างผนึกแน่น มีของเหลวอยู่ภายใน และมีน้ำหนักอยู่บนลูกสูบ มันออกแรงกดด้วยแรงเท่ากับน้ำหนักของมัน ความดันนี้ถูกถ่ายโอนไปยังของเหลว โมเลกุลของมันสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระซึ่งแตกต่างจากอนุภาคของวัตถุที่เป็นของแข็ง ไม่มีระเบียบที่เข้มงวดในการจัดเตรียม พวกเขาจะกระจัดกระจายแบบสุ่ม
ความรู้คุณสมบัติการเคลื่อนที่ของอนุภาคของสารต่างๆ ในอนาคตจะช่วยให้เราเข้าใจกฎของ Pascal สำหรับของเหลวและก๊าซ โมเลกุลของเหลวจะมีพฤติกรรมอย่างไรหากเราใช้แรงกดของน้ำหนักกับพวกมัน ประสบการณ์จะช่วยเราตอบคำถามนี้
ของเหลวทำงานอย่างไรภายใต้ความกดดัน
แบบของเหลวจะเป็นลูกปัดแก้ว และแบบของภาชนะจะเป็นกล่องแบบไม่มีฝาปิด ลูกบอลและอนุภาคของสารเหลว เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในภาชนะ นำสิ่งของที่มีความกว้างเท่ากับความกว้างของกล่อง มันจะเลียนแบบลูกสูบ
ดันลูกสูบบนของเหลว โมเลกุลของมันทำงานอย่างไร? เราเห็นว่าพวกมันกดทั้งที่ด้านล่างของภาชนะและบนผนัง พวกเขาผลักกันและพยายามที่จะหลุดออกจากกล่อง หากเป็นของเหลวจริง ก็มีแนวโน้มที่จะกระเด็นออกจากภาชนะ ต่อมาเมื่อศึกษากฎของปาสกาลสำหรับของเหลวและก๊าซ เราจะเห็นสิ่งนี้ในทางปฏิบัติ เนื่องจากโมเลกุลเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ แรงกดของน้ำหนักจึงถูกส่งไปด้านข้างและด้านล่าง จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณเปลี่ยนของเหลวเป็นแก๊ส
อากาศทำงานอย่างไรภายใต้ความกดดัน
สมมุติว่าเรามีกระบอกสูบที่มีลูกสูบอัดอากาศอยู่ วางน้ำหนักบนลูกสูบ แรงดันที่ใช้กับก๊าซที่ส่งผ่านเป็นอย่างไร? เมื่อลูกสูบเคลื่อนลง ระยะห่างระหว่างโมเลกุลที่ด้านบนของแก๊สจะลดลง แต่ไม่นาน ความเร็วของโมเลกุลก๊าซคือหลายร้อยเมตรต่อวินาที ระยะห่างระหว่างพวกเขามากกว่าขนาดของพวกเขามาก พวกเขาเคลื่อนที่ไปในทิศทางสุ่มและชนกัน
เมื่อลูกสูบตก อนุภาคจะถูกล็อคในปริมาตรที่เล็กลง เป็นผลให้พวกเขาชนกับผนังของภาชนะบ่อยขึ้นและเมื่อปริมาตรของก๊าซลดลงความดันของมันก็เพิ่มขึ้น ต้องจำหลักสมมุติฐานนี้ เพื่อให้เข้าใจกฎของปาสกาลสำหรับของเหลวและก๊าซได้ง่ายขึ้นในภายหลัง จำนวนครั้งต่อวินาทีต่อตารางเซนติเมตรเกือบเท่ากัน ซึ่งหมายความว่าแรงดันที่ลูกสูบสร้างขึ้นจะถูกส่งไปในทุกทิศทางโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง
ส่งแรงดันไปคนละทาง
กฎของปาสกาล การถ่ายเทแรงดันของของเหลวและก๊าซนั้นไม่สามารถเข้าใจได้หากเราไม่เข้าใจสิ่งแปลกประหลาดเพียงอย่างเดียว: เรากดลงได้อย่างไรและแรงดันถูกถ่ายเททั้งด้านล่างและด้านข้าง? แต่ถ้าท่อติดอยู่กับกระบอกสูบ แรงดันจะถูกส่งขึ้นไปบนกระบอกสูบหรือไม่? มาทดลองกัน
ใช้หลอดฉีดยาสองกระบอกที่เติมน้ำแล้วต่อเข้ากับท่อ มาดูกันว่าแรงดันจะถูกส่งผ่านของเหลวที่อยู่ในหลอดฉีดยาอย่างไร กดที่ลูกสูบของหลอดฉีดยาหนึ่งกระบอก แรงกดบนลูกสูบและด้วยเหตุนี้กับของเหลวจึงถูกชี้ลง อย่างไรก็ตาม เราจะเห็นว่าลูกสูบของเข็มฉีดยาที่สองสูงขึ้น ปรากฎว่าความดันที่ส่งผ่านท่อเปลี่ยนทิศทางของแรง ที่น่าสนใจคือสามารถวางกระบอกฉีดยาได้ไม่เฉพาะในแนวตั้งเท่านั้น แต่ยังวางในมุมฉากซึ่งกันและกันด้วย ผลลัพธ์ก็จะเหมือนเดิม
เทน้ำออกแล้วจะมีอากาศอยู่ในกระบอกฉีดยา มาทำซ้ำประสบการณ์กัน ในระหว่างการทดลองเราจะเห็นว่าก๊าซยังส่งแรงดันไปทุกทิศทาง มีความแตกต่างเพียงอย่างเดียวกับของเหลว หากคุณลดลูกสูบลงหนึ่งฉีดเข็มฉีดยาแล้วจับเข้าที่ด้วยนิ้วของคุณ จากนั้นเมื่อคุณกดลูกสูบของหลอดฉีดยาอีกอันหนึ่ง แก๊สจะบีบอัด ปริมาณของมันจะลดลงประมาณสองครั้งและลูกสูบจะพยายามเด้งขึ้น แก๊สนี้ต้องการเพิ่มปริมาตรทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นด้านบน ของเหลวจะต่างจากนี้ไป จะไม่สามารถบีบอัดได้ง่ายๆ
กฎของปาสกาล
เราจะศึกษาการถ่ายเทแรงดันจากของเหลวและก๊าซโดยใช้ประสบการณ์ มันถูกคิดค้นโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Blaise Pascal ใช้ทรงกลมกลวงที่ติดหลอดแก้วไว้ ในส่วนต่างๆ ของลูกบอล (ด้านบน ด้านข้าง ด้านล่าง) จะมีรูเล็กๆ ลูกสูบวางอยู่ภายในท่อ นี่คืออุปกรณ์พิเศษสำหรับแสดงกฎของปาสกาล
เติมน้ำในบอลลูนลงในท่อเพื่อดูว่ามันทำงานอย่างไร แม้ว่าแรงโน้มถ่วงจะกระทำต่อลูกบอลจากบนลงล่าง แต่กระแสน้ำจะไหลออกจากรูของลูกบอลเป็นมุม ไปด้านข้าง และสูงขึ้น แน่นอนว่าพวกมันเบี่ยงเบนไปจากทิศทางเดิมเล็กน้อยเพราะแรงโน้มถ่วงกระทำต่อพวกมัน เราเห็นว่าแรงดันที่กระทำต่อน้ำถูกส่งไปในทุกทิศทาง
ถ้าเราดูดควันและทำการทดลองนี้แทนน้ำ เราจะสังเกตการถ่ายเทความดันในแก๊สด้วยตาของเราเอง เพราะควันเป็นก๊าซที่มีเขม่าหรือน้ำมันดินเป็นอนุภาคเล็กๆ เนื่องจากมีน้ำหนักเบามากจึงไม่ได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงมากนัก จึงไม่เบี่ยงเบนไปจากตำแหน่งเดิมมากเท่ากับกระแสน้ำ เราสามารถสรุปได้ดังนี้: ความกดดันที่เกิดขึ้นบนของเหลวหรือก๊าซ จะถูกส่งโดยไม่เปลี่ยนแรง ไปยังจุดใดๆ ของของเหลวและก๊าซในทุกทิศทาง นี่คือกฎของปาสกาลสำหรับของเหลวและก๊าซ สูตร: P=F/S โดยที่ P คือความดัน เท่ากับอัตราส่วนของแรง F ต่อพื้นที่ S ซึ่งกระทำในแนวตั้งฉาก