4.4 Μετάδοση των πιέσεων στα ρευστά

4.4 Μετάδοση των πιέσεων στα ρευστά
Αρχή του Πασκάλ

Όταν χρειάζεται να αντικαταστήσουμε το σκασμένο λάστιχο ενός αυτοκινήτου, πρέπει να το ανυψώσουμε. Θα έχεις ίσως παρατηρήσει ότι για το κάνουμε χρησιμοποιούμε κατάλληλες αντλίες (εικόνα 4.18). Σε ποια αρχή της φυσικής στηρίζεται η λειτουργία μιας τέτοιας αντλίας;

Αρχή του Πασκάλ

Αν με το έμβολο που κλείνει ερμητικά τη φιάλη (εικόνα 4.17) πιέσουμε την επιφάνεια του υγρού, παρατηρούμε ότι το υγρό εκτοξεύεται με την ίδια ταχύτητα από όλες τις τρύπες. Το φαινόμενο αυτό αποτελεί μια ένδειξη ότι η πίεση που ασκήσαμε στο υγρό μεταδόθηκε σε όλα τα σημεία του αναλλοίωτη. Το ίδιο συμβαίνει με την αντλία του γρύλου που χρησιμοποιούμε για να ανυψώνουμε τα αυτοκίνητα: η πίεση που ασκούμε με το ένα έμβολο στο υγρό της αντλίας (p₁) (εικόνα 4.18) μεταδίδεται αναλλοίωτη στο μεγάλο έμβολο, δηλαδή:

p₂=p₁

Εικόνα 4.17.

Η σύριγγα του Πασκάλ

Εικόνα 4.18.

Ασκώντας μικρή δύναμη στο ένα έμβολο της αντλίας καταφέρνουμε να υπερνικήσουμε τη δύναμη του βάρους που ασκείται στο αυτοκίνητο και να το ανυψώσουμε με το άλλο έμβολο.

ΦΥΣΙΚΗ Β' ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ

Εικόνα 4.19.

Αρχή του Pascal

Αρχή λειτουργίας υδραυλικού πιεστηρίο.

Γενικά: κάθε μεταβολή της πίεσης σε οποιοδήποτε σημείο ενός περιορισμένου ρευστού που είναι ακίνητο, προκαλεί ίση μεταβολή της πίεσης σε όλα τα σημεία του.

Αυτή η πρόταση είναι γνωστή ως αρχή του Πασκάλ, από το όνομα του Γάλλου φυσικού Μπλαιζ Πασκάλ (Blaise Pascal) (1623-1662), που τη διατύπωσε για πρώτη φορά.

Η εικόνα 4.19 δείχνει τον τρόπο λειτουργίας μιας υδραυλικής αντλίας. Η δύναμη F₁ ασκείται στο έμβολο, που έχει εμβαδόν Α₁. Έτσι στο υγρό της αντλίας (συνήθως λάδι) ασκείται, εκτός της ατμοσφαιρικής, πρόσθετη πίεση: p₁=. Επομένως, σύμφωνα με την αρχή του Πασκάλ, το υγρό ασκεί στο έμβολο που έχει εμβαδόν Α₂ πίεση p₂ ίση με την p₁. Το υγρό ασκεί στο έμβολο δύναμη F₂:

p₂ = p₂,	F₂	=	F₁	,	F₂ =	A₂	·F₁
	A₂		A₁			A₁

Αν το εμβαδόν του εμβόλου Α₂ είναι διπλάσιο από το εμβαδόν του Α₁, η δύναμη που ασκείται στο αυτοκίνητο είναι διπλάσια της δύναμης που ασκούμε με το χέρι μας (εικόνα 4.18). Γενικά, η F₂ είναι τόσες φορές μεγαλύτερη από την F₁ όσες φορές είναι μεγαλύτερο το εμβαδόν του Α₂ από το Α₁. Σημειώστε τη διαφορά μεταξύ πίεσης και δύναμης. Σε μια υδραυλική αντλία ή πιεστήριο η πίεση διατηρείται σταθερή, ενώ η δύναμη πολλαπλασιάζεται (εικόνα 4.19).

Δραστηριότητα

Ο αέρας ασκεί δυνάμεις

- Σύνδεσε μια μικρή και μια μεγάλη σύριγγα με έναν πλαστικό σωλήνα γεμάτο με νερό.

- Πίεσε με το ένα χέρι το έμβολο της μικρής σύριγγας και με το άλλο το έμβολο της μεγάλης. Προσπάθησε να ισορροπήσεις τα δύο έμβολα.

Ασκείς ίδιες ή διαφορετικές δυνάμεις; Τι συμπεραίνεις;

Εικόνα 4.20.

Η πίεση στο Α είναι: p_A= p_{ατμοσφαιρική} + ρ·g·h

Πίεση σε υγρό

Στην επιφάνεια ενός υγρού ασκείται η ατμοσφαιρική πίεση. Σύμφωνα με την αρχή του Πασκάλ, η πίεση αυτή μεταδίδεται σε όλα τα σημεία του υγρού. Εξ άλλου, σε κάθε σημείο του υγρού υπάρχει υδροστατική πίεση. Επομένως, η συνολική πίεση σε οποιοδήποτε σημείο του υγρού, που βρίσκεται σε βάθος h από την ελεύθερη επιφάνειά του, είναι ίση με το άθροισμα της ατμοσφαιρικής και της υδροστατικής πίεσης (εικόνα 4.20). Συνεπώς θα δίνεται από τη σχέση:

p_ολική= p_{ατμοσφαιρική} + ρ·g·h

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΙΕΣΗ

Φυσική και καθημερινή ζωή, Χημεία και Περιβάλλον

Τα αεροζόλ περιέχουν ένα αέριο σε υψηλή πίεση που ονομάζεται προωθητικό (γκρι χρώμα στο σχήμα).

Ο σωλήνας μέσα από τον οποίο προωθείται το υγρό στο επάνω μέρος, μέσω μιας βαλβίδας, επικοινωνεί με τον ατμοσφαιρικό αέρα (σημείο Α) και στο κάτω μέρος βρίσκεται σε επαφή με το υγρό (σημείο Β). Όταν η βαλβίδα είναι κλειστή, η πίεση στο Α είναι πολύ μεγαλύτερη της ατμοσφαιρικής: p_Α = p_αερίου. Η πίεση στο Β είναι: p_Β = p_αερίου + ρ·g·h.

Όταν η βαλβίδα ανοίγει, η πίεση στο Α γίνεται ίση με την ατμοσφαιρική, ενώ στο Β δε μεταβάλλεται. Η διαφορά πίεσης μεταξύ Α και Β εξαναγκάζει το υγρό να ανέβει στο σωλήνα και να εκτοξευθεί με τη μορφή σταγονιδίων στην ατμόσφαιρα.

Ποια είναι η σύσταση του προωθητικού αερίου;
Ποιες είναι οι επιπτώσεις στο περιβάλλον από τη χρήση των αεροζόλ;
Τι γνωρίζεις για την τρύπα του όζοντος;

Φυσική και Ιατρική και Φυσική αγωγή

Μετρώντας την πίεση του αίματος

Προσέξτε πώς φουσκώνουν οι φλέβες στους καρπούς των χεριών σας, όταν τα κρατάτε όσο πιο χαμηλά μπορείτε, για παράδειγμα, όταν κάνετε κάμψεις ή «κατακόρυφο». Αυτό το γεγονός είναι συνέπεια του νόμου της υδροστατικής. Το αίμα φεύγει από την καρδιά με ορισμένη πίεση. Στα χαμηλότερα σημεία του σώματος (μεγαλύτερο βάθος) η πίεση είναι μεγαλύτερη. Γι’ αυτό μετριέται στο ανώτερο μέρος του χεριού μας, που βρίσκεται σχεδόν στο ίδιο ύψος με την καρδιά.