مجموعة أمثلة لا ينطبق على مبدأ باسكال

أمثلة لا ينطبق عليها مبدأ باسكال

• الغازات
• المواد الصلبة

مبدأ باسكال (أو قانون باسكال) لا ينطبق على الغازات والمواد الصلبة كما ينطبق على السوائل الساكنة فقط. يتم تطبيق مبدأ باسكال فقط على السوائل الساكنة نتيجة استفادته من زيادة الضغط بشكل تبعي في السوائل الساكنة.

سمي هذا المبدأ على اسم عالم الرياضيات الفرنسي بليز باسكال، الذي أسس هذه العلاقة المهمة، ويمكن استخدام مبدأ باسكال لاستغلال ضغط السائل الساكن كمقياس للطاقة لكل وحدة حجم لأداء العمل في تطبيقات مثل المكابس الهيدروليكية،  من الناحية النوعية، ينص مبدأ باسكال على أن الضغط ينتقل غير منقوص في سائل ثابت مغلق.

لماذا لا ينطبق مبدأ باسكال على الغازات والمواد الصلبة

يستمد قانون باسكال من مفهوم تحديد الضغط عند ارتفاع معين داخل سائل، ويتم تعريفه بواسطة مبدأ باسكال على النحو التالي: `يتم نقل التغيير في الضغط إلى جميع أجزاء السائل المحصور بشكل غير منتظم بالإضافة إلى جدران الحاوية`.

بعد إجراء العالم الفرنسي الشهير باسكال العديد من التجارب على السائل، استنتج أن القانون الخاص به، والمعروف باسم مبدأ باسكال، ينطبق على السوائل فقط، ولكن لماذا لا ينطبق على الغازات والمواد الصلبة؟ من المستحيل تطبيق مبدأ باسكال على الغازات بسبب وجود مسافات بين جزيئاتها، وفي المواد الصلبة، لا يمكن نقل الضغط داخل المادة بالطريقة التي تتطلبها القوانين.

تعود أهمية الضغط في السوائل إلى مبدأ باسكال، وهي حقيقة مثبتة تجريبيا، وغالبا ما نتعرف على المزيد حول الضغط أكثر من الكميات الفيزيائية الأخرى في السوائل. يحدث التغيير في الضغط بشكل غير منقوص في سائل مغلق. بالإضافة إلى ذلك، يتكون الضغط الكلي في السائل من مجموع الضغوط الناجمة من مصادر متعددة، وفقا لمبدأ باسكال. تعتبر هذه الحقيقة التي تضيفها الضغوط ذات قيمة كبيرة للعلماء.

الضغط وفقا لمبدأ باسكال

يتم تعريف الضغط العام بأنه القوة لكل وحدة مساحة، ولكن هل من الممكن زيادة الضغط في سائل بالضغط عليه مباشرة؟ نعم، ولكن هذا أسهل بكثير عندما يتم احتواء السائل في نظام مغلق، على سبيل المثال، يرفع القلب ضغط الدم عن طريق الضغط مباشرة على الدم (الصمامات تغلق في غرفة)، أما الضغط على سائل في نظام مفتوح، مثل النهر، فيتسبب في تدفق السائل بعيدا.

نظرًا لأن السائل المحصور لا يمكنه الهروب، يمكن زيادة الضغط ببساطة عن طريق تطبيق القوة، ماذا يحدث عندما يتم الضغط على سائل مغلق؟ نظرًا لأن الذرات الموجودة في السائل تتمتع بحرية الحركة، ينتقل الضغط إلى جميع أجزاء السائل بالإضافة إلى جدران الحاوية، وبشكل ملحوظ، ينتقل الضغط غير منقوص، ومن هنا جاء مبدأ باسكال.

أمثلة على مبدأ باسكال

كما ذكر سابقا، يسري قانون باسكال على السوائل الساكنة، حيث يستفيد من زيادة الضغط بناء على التبعية في السوائل الساكنة. يمكن استخدام مبدأ باسكال للاستفادة من ضغط السائل الساكن كمقياس للطاقة لكل وحدة حجم، وذلك في تطبيقات مثل المكابس الهيدروليكية. وفيما يلي أهم التطبيقات العملية لمبدأ باسكال

• المكابح

يعتبر النظام الهيدروليكي، الذي يعتمد على استخدام سائل مغلق لتطبيق القوة، واحدا من أهم التطبيقات التكنولوجية لقانون باسكال، وتعتبر أنظمة الفرامل الهيدروليكية في السيارات هي الأكثر شيوعا. ويتمثل المبدأ الأساسي لقانون باسكال في آلية الفرملة الهيدروليكية التي تظهر في السيارات، حيث يتم تطبيق قوة معينة على السائل في الأنبوب، مما يؤدي إلى تطبيق قوة معينة على المكابح ويؤدي في النهاية إلى إيقاف السيارة.

يتألف نظام الكبح في السيارات من عدة مكونات، حيث يتحرك المكبس والقضيب الموجودان في الأسطوانة الرئيسية عند الضغط على دواسة الفرامل. يتم نقل الضغط من دواسة الفرامل إلى عجلات السيارة من خلال أقراص المكابح أو براميل المكابح باستخدام سائل يسمى الفرامل أو السائل الهيدروليكي، والذي يتم تخزينه في حاوية. تتوقف السيارة بسبب قوة الاحتكاك بين مكونات هذه القوة، وتستخدم الفرامل الهيدروليكية في السيارات والدراجات النارية والشاحنات.

•  النظام الهيدروليكي للطائرات

يتم تطبيق قانون باسكال على نظام الطاقة الهيدروليكية للطائرة، والذي يساعد في إدارة اللوحات ومعدات الهبوط وأسطح التحكم في الطيران، بالإضافة إلى المساعدة في إبطاء الطائرات على المدرجات.

تعتبر ثلاثة مكونات ميكانيكية مهمة والسوائل الهيدروليكية تشكل نظامًا هيدروليكيًا للطائرة، حتى الحجم الصغير من السائل الهيدروليكي يمكن أن يساعد في نقل قوة كبيرة، حيث توجد ضغوط مختلفة في السائل الهيدروليكي عند ملامسة الأسطوانات / المكابس، يمكن ضخ الزيت إلى أي من جانبي رأس المكبس لأنه عند ضغط أعلى، يستخدم صمام الاختيار للتحكم في اتجاه تدفق السائل.

قانون الضغط الهيدروليكي

ووفقًا لمبدأ باسكال، فإن الضغط الذي يتم تطبيقه على سائل ثابت في حاوية مغلقة ينتقل عبر السائل بأكمله، ويمكن الاستفادة من هذه الظاهرة من خلال استخدام المكابس الهيدروليكية التي تستطيع ممارسة كمية كبيرة من القوة باستخدام كمية أقل بكثير من القوة المطلوبة للإدخال.

تقدم نوعين مختلفين من تكوينات الضغط الهيدروليكي، الأول لا يوجد فيه اختلاف في ارتفاع السائل الساكن، والثاني يحدث اختلاف في ارتفاع Δh للسائل الساكن. في التكوين الأول، يتم تطبيق القوة F 1 على سائل ثابت ذي كثافة عبر مساحة تلامس A 1، مما يؤدي إلى وجود ضغط إدخال بمقدار P 2 على الجانب الآخر من التكوين، يمارس السائل ضغط إخراج P 1 عبر مساحة تلامس A 2، حيث A 2 > A .

وفقا لمبدأ باسكال، عندما يكون السائل ساكنا و P 1 = P 2 ، يتولد قوة F 2 ، حيث F 2 > F 1 ، بناء على الضغط المطبق وهندسة المكبس الهيدروليكي. يمكن تغيير حجم F 2 في التكوين الثاني، حيث تكون هندسة النظام مشابهة باستثناء ارتفاع المائع عند طرف الخرج أقل من ارتفاع المائع عند طرف الإدخال. الاختلاف في ارتفاع المائع بين المدخلات ونهايات المخرجات يسهم في القوة الكلية التي يمارسها السائل. بالنسبة للضغط الهيدروليكي، يكون عامل مضاعفة القوة هو نسبة المخرجات إلى مناطق التلامس المدخل.

نبذة عن بليز باسكال صاحب مبدأ وقانون باسكال

كانت حياة بليز باسكال استثنائية بالفعل، حيث تم تعليمه في المنزل من قبل والده. قام والده بجميع كتب الرياضيات المدرسية من المنزل ومنعه من دراسة الرياضيات حتى بلوغه الخامسة عشرة من عمره. هذا أثار اهتمام الصبي، وبدأ بتعلم الهندسة بنفسه عندما بلغ الثانية عشرة من عمره. على الرغم من فقره في سنواته الأولى، استمر باسكال في تقديم مساهمات كبيرة في نظرية الاحتمالات ونظرية الأعداد والهندسة في الرياضيات. بالإضافة إلى ذلك، اشتهر بإنجازاته في مجال إحصائيات السوائل، حيث كان مطورا لأول آلة حاسبة رقمية ميكانيكية.