تطبيقات مبدأ باسكال

تطبيقات مبدأ باسكال

مبدأ باسكال ينص على أنه عندما يحدث زيادة في الضغط في أي نقطة من السائل المحصور، فإنه يحدث زيادة متساوية في جميع النقاط الأخرى في الحاوية. تستخدم الأنظمة الهيدروليكية في تشغيل فرامل السيارات والرافعات الهيدروليكية والعديد من الأنظمة الميكانيكية الأخرى. يعتبر المصعد الهيدروليكي متعدد الاستخدامات مفيدا، حيث يحتوي على جهاز هيدروليكي يستخدم لرفع الأشياء الثقيلة. في حالة المصاعد الهيدروليكية، يتم إنشاء قوة رفع وعمل بفضل القوة المطبقة.

الرفع الهيدروليكي

أحد تطبيقات قانون باسكال ، ويعتمد على مبدأ انتقال الضغط المتساوي في جميع أنحاء السائل ،  أسطوانة ضيقة (أ) متصلة بأسطوانة أوسع (ب) مزودة بمكابس محكمة الإغلاق مملوءة بسائل غير قابل للضغط ،  يساعد التمثيل الرياضي لقانون باسكال في تحديد الضغط الذي يمكن أن يمارس على السائل في المكبس وذلك لخلق قوة كافية لرفع وتحريك الجسم ، عندما ينتقل الضغط من المكبس A إلى المكبس B ، يرفع المكبس B الجسم الثقيل مثل الآلات الكبيرة والمركبات ، تكنولوجيا الرفع الهيدروليكي لها تطبيقات واسعة في الصناعة  والبناء وقطاع النقل .

جاك هيدروليكي

الرافعات الهيدروليكية، التي تندرج تحت فئة الحاوية المغلقة، تعتمد مبدأ قانون باسكال، وتستخدم لرفع الأجسام الثقيلة. تتألف الرافعة الهيدروليكية من اسطوانتين، إحداهما أكبر حجما والأخرى أصغر. وتتصل هاتان الاسطوانتان ببعضهما البعض. عندما يتم ضغط المقبض لأسفل، يغلق الصمام ويدفع المكبس السائل الصغير السائل عبر صمام آخر إلى الاسطوانة الأكبر، مما ينتج عنه قوة عظيمة تنتقل إلى الحمولة. لذلك، يمكننا القول إنه عند تطبيق القوة، يتم الضغط على حجم الأسطوانة ومساحتها.

تتم عملية رفع الحمل بواسطة الرافعات الهيدروليكية عن طريق تحريك المقبض لأعلى ولأسفل بشكل متكرر، حتى يتم رفع الحمل بشكل كافٍ بواسطة الخزان العازل لتدفق السائل الهيدروليكي إلى الأسطوانة الصغيرة. تُعَدُّ الرافعات الهيدروليكية مفيدة جدًا في صناعة السيارات، حيث يتم استخدامها غالبًا لرفع السيارات عن مستوى الأرض لإجراء الإصلاحات والصيانة.

الفرامل الهيدروليكية

أحد الأمثلة الأكثر شيوعا لقاعدة باسكال هو نظام الكبح الهيدروليكي الموجود في السيارات، حيث يدخل مبدأ قانون باسكال حيز التنفيذ في كل مرة تتوقف فيها السيارة، من خلال تطبيق الفرامل الهيدروليكية وفقا لقانون باسكال

يتألف نظام الكبح في السيارات من عدة مكونات. عند تطبيق القوة على دواسة الفرامل، يحدث حركة في المكبس والقضيب في الأسطوانة الرئيسية. يتم استخدام سائل يسمى الفرامل أو السائل الهيدروليكي، الموجود في الحاوية، لنقل الضغط من دواسة الفرامل إلى عجلات السيارة من خلال أقراص الفرامل أو أسطوانات الفرامل. تؤدي قوة الاحتكاك بين هذه المكونات إلى توقف السيارة. يتم استخدام الفرامل الهيدروليكية في السيارات والدراجات النارية والشاحنات.

المضخات الهيدروليكية

تستخدم المضخات الهيدروليكية بشكل واسع في صناعة السيارات، وتقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة هيدروليكية لتسهيل حركة السوائل، ومرة أخرى، يلعب قانون باسكال دورًا مهمًا في تطبيق المضخات الهيدروليكية

تساعد المضخات الهيدروليكية في تصريف السوائل ، مزودة بأسطوانة صغيرة متصلة بأسطوانة كبيرة وكلتا الأسطوانتين مملوءتين بالزيت ،يمارس الهواء المضغوط الذي يتم إدخاله إلى الأسطوانة الصغيرة ضغطًا على سطح الزيت ، ينتقل هذا الضغط بواسطة الزيت إلى الأسطوانة الكبيرة حيث يعمل الضغط على مكبس كبير لإنتاج قوة كبيرة بما يكفي لرفع السيارة.

النظام الهيدروليكي للطائرات

يساعد نظام الطاقة الهيدروليكية للطائرات ليس فقط في التباطؤ عند الهبوط على المدرج ، ولكن أيضًا في التحكم في اللوحات ومعدات الهبوط وأسطح التحكم في الطيران. يعتمد نظام الطاقة الهيدروليكية للطائرات على تطبيق قانون باسكال:

يتكون النظام الهيدروليكي للطائرة من ثلاثة مكونات ميكانيكية حاسمة ووسائل هيدروليكية. حتى كمية صغيرة من السائل الهيدروليكي تساعد في نقل كمية كبيرة من القوة. يمكن ضخ الزيت الذي يكون عند ضغط أعلى نسبيا إلى جانب رأس المكبس، الذي يلامس الأسطوانات أو المكابس عند ضغط مختلف. ويساعد الصمام المحدد في التحكم في اتجاه السائل.  

مسائل محلولة على قاعدة باسكال

إذا كانت مساحة A1 = 0.001 m2 ومساحة A2 = 0.1 m2، وكانت قوة الإدخال الخارجية F1 = 100 نيوتن، فما هي قوة الخرج الخارجية F2؟

• مساحة A1 = 0.001 م 2
• مساحة A2 = 0.1 متر مربع
• قوة الإدخال الخارجية F1 = 100 نيوتن
• مطلوب: قوة الإخراج الخارجية (F2)

المحلول :

• P1 = P2
• F1 / A1 = F2 / A2
• 100 نيوتن ÷ 0.001 م 2 = F2 ÷ 0.1 م 2
• 100 نيوتن / 0.001 = F2 / 0.1
• 100،000 N = F2 / 0.1
• F2 = (0.1) (100،000 نيوتن)
• F2 = 10000 نيوتن

• إذا كان وزن السيارة يساوي 16000 نيوتن، فما هي قوة الإدخال الخارجية F؟

وزن السيارة (ث) = 16000 نيوتن

مساحة B (AB) = 4000 سم مربع = 0.4 متر مربع، حيث يتم حساب ذلك بالقسمة على 10000

مساحة A (AA) = 50 سم² = 50/10000 م² = 0.005 م²

مطلوب: Force F.

المحلول :

• F / AA = w / AB
• F / 0.005 م 2 = 16000 نيوتن / 0.4 م 2
• F / 0.005 = 16000 نيوتن / 0.4
• F / 0.005 = 40000 شمال
• إ = (40000 ن) (0.005)
• F = 200 نيوتن

4. مساحة أ هي 60 سم مربع ومساحة ب هي 4200 سم مربع، احسب القوة الناتجة الخارجية F.

• مساحة أ (AA) = 60 سم 2
• مساحة B (AB) = 4200 سم 2
• الوزن ث (ث) = 3500 نيوتن

مطلوب: F1

تم حساب قوة F باستخدام معادلة مبدأ باسكال:

F1 / A1 = F2 / A2

F1 / 60 سم 2 = 3500 نيوتن / 4200 سم 2

F1 / 60 = 35 نيوتن / 42

F1 = (60) (35) / 42

F1 = 2100/42

F1 = 50 نيوتن

• يحتوي المصعد الهيدروليكي على قسم كبير وقسم صغير، ويبلغ مساحة القسم الكبير 20 مرة مساحة القسم الصغير، وإذا تم تطبيق قوة تدخل قدرها 25 نيوتن على القسم الصغير، فسيكون قوة الإخراج ماذا؟.

مساحة المقطع العرضي الصغير (A1) تساوي أ

المساحة العرضية الكبيرة (A2) = 20A

قوة الإدخال F1 = 25 نيوتن

مطلوب: قوة الإخراج (F2)  

شرح مبدأ باسكال

يتم توزيع الضغط الساكن الخارجي المطبق على سائل محصور أو ينتقل بالتساوي في جميع أنحاء السائل في جميع الاتجاهات.

يعمل الضغط الساكن بزوايا قائمة على أي سطح ملامس للسائل. وجد باسكال أيضًا أن الضغط عند نقطة ما لسائل ثابت سيكون هو نفسه عبر جميع المستويات التي تمر عبر تلك النقطة في ذلك السائل. يُعرف قانون باسكال أيضًا بمبدأ باسكال أو مبدأ انتقال ضغط السوائل ، في عام 1653 ، تم وضع قانون باسكال من قبل عالم الرياضيات الفرنسي بليز باسكال ، ينتقل التغيير في الضغط المطبق على سائل مغلق إلى جميع أجزاء السائل وإلى جدران الحاوية الخاصة به.

مبدأ باسكال هو حقيقة مثبتة تجريبيا تفسر أهمية الضغط في السوائل. نظرا لأن التغير في الضغط ينتقل بلا تقلص في سائل مغلق، فإننا عادة ما نعلم المزيد عن الضغط من غيره من الكميات الفيزيائية في السوائل. بالإضافة إلى ذلك، يشير مبدأ باسكال إلى أن الضغط الكلي في السائل هو مجموع الضغوط الناتجة من مصادر مختلفة. هذه الحقيقة – التي تضيفها الضغوط – ذات فائدة كبيرة.

صيغة قانون باسكال

F = PA

• F هي القوة المطبقة
• P هو الضغط المنقول
• أ هي منطقة المقطع العرضي

مثال على قانون باسكال

يتم نقل ضغط قوي يصل إلى 2000 باسكال عن طريق عمود سائل بسبب القوة المطبقة على المكبس، وإذا كانت مساحة المكبس 0.1 متر مربع، فما هي القوة الناتجة؟

يمكن حساب ذلك باستخدام صيغة قانون باسكال.

F = PA

هنا،

P = 2000 باسكال = ن / م 2

أ = 0.1 متر مربع

بتغيير القيم، نصل إلى قيمة F = 200 نيوتن