Sheria ya Pascal kuhusu vimiminika na gesi inasema kwamba shinikizo, linaloenea katika dutu, halibadilishi nguvu zake na hupitishwa pande zote kwa usawa. Dutu za kioevu na gesi hutenda chini ya shinikizo na tofauti fulani. Tofauti ni kutokana na tabia ya chembe na uzito wa gesi na vinywaji. Katika makala, tutazingatia haya yote kwa undani kwa msaada wa majaribio ya kuona.
Je, shinikizo la maji linasambazwa
Hebu tuchukue chombo cha silinda, ambacho kimezibwa kutoka juu kwa bastola. Kuna kioevu ndani, na uzito uko kwenye pistoni. Inatoa shinikizo kwa nguvu sawa na uzito wake. Shinikizo hili huhamishiwa kwenye kioevu. Molekuli zake, tofauti na chembe za mwili dhabiti, zinaweza kusonga kwa uhuru jamaa kwa kila mmoja. Hakuna utaratibu mkali katika mpangilio wao, wametawanyika ovyo.
Maarifa ya vipengelemwendo wa chembe za dutu tofauti katika siku zijazo utatusaidia kuelewa sheria ya Pascal ya vimiminika na gesi. Molekuli za kioevu zitafanyaje ikiwa tutazifanyia kazi kwa nguvu ya shinikizo la uzani? Uzoefu utatusaidia kujibu swali hili.
Jinsi umajimaji unavyofanya kazi chini ya shinikizo
Mfano wa kioevu utakuwa shanga za kioo, na mfano wa chombo utakuwa sanduku lisilo na kifuniko. Mipira, pamoja na chembe za dutu ya kioevu, huenda kwa uhuru kwenye vyombo. Chukua kitu chochote ambacho kina upana sawa na upana wa sanduku. Itaiga bastola.
Shinikiza bastola kwenye kioevu. Molekuli zake hutendaje? Tunaona kwamba wanasisitiza wote chini ya chombo na kwenye kuta zake. Wanasukumana na kujaribu kuanguka nje ya boksi. Ikiwa kingekuwa kioevu halisi, basi kingeelekea kumwaga nje ya chombo. Baadaye, wakati wa kusoma sheria ya Pascal kwa vinywaji na gesi, tutaona hii kwa vitendo. Kutokana na ukweli kwamba molekuli hutembea kwa uhuru, shinikizo linalotolewa na uzito hupitishwa kwa pande zote na chini. Na nini kitatokea ukibadilisha kioevu na gesi?
Jinsi hewa inavyofanya kazi chini ya shinikizo
Tuseme tuna silinda yenye bastola iliyojaa hewa. Weka uzito juu ya pistoni. Shinikizo linatumikaje kwa gesi inayopitishwa? Pistoni inaposhuka, umbali kati ya molekuli zilizo juu ya gesi hupungua, lakini sio kwa muda mrefu. Kasi ya molekuli za gesi ni mamia ya mita kwa sekunde. Umbali kati yao ni mkubwa zaidi kuliko saizi yao. Husogea katika maelekezo nasibu na kugongana.
Wakati bastolahuanguka, chembe zimefungwa tu kwa kiasi kidogo. Matokeo yake, mara nyingi hupiga kuta za chombo, na kama kiasi cha gesi kinapungua, shinikizo lake huongezeka. Nakala hii lazima ikumbukwe, ili baadaye iwe rahisi kuelewa sheria ya Pascal ya vinywaji na gesi. Idadi ya beats kwa sekunde kwa sentimita ya mraba ni karibu sawa. Hii ina maana kwamba shinikizo ambalo bastola hutoa hupitishwa pande zote bila mabadiliko.
Uhamisho wa shinikizo katika pande tofauti
Sheria ya Pascal, uhamishaji wa shinikizo kwa vimiminika na gesi hauwezi kueleweka ikiwa mtu haelewi hali moja isiyo ya kawaida: ni jinsi gani tunasisitiza chini, na shinikizo huhamishiwa chini na kwa pande? Lakini vipi ikiwa bomba limeunganishwa kwenye silinda, shinikizo litapitishwa juu kupitia hiyo? Hebu tujaribu.
Chukua sindano mbili zilizojazwa maji na uziunganishe kwa mrija. Wacha tuangalie jinsi shinikizo litapitishwa na kioevu kilicho kwenye sindano. Bonyeza kwenye bomba la sindano moja. Nguvu ya shinikizo kwenye pistoni, na hivyo kwenye kioevu, inaelekezwa chini. Walakini, tunaona kwamba pistoni ya sindano ya pili inainuka. Inatokea kwamba shinikizo, linalopitishwa kwa njia ya bomba, hubadilisha mwelekeo wa nguvu. Inashangaza, sindano zinaweza kuwekwa sio tu kwa wima, bali pia kwa pembe za kulia kwa kila mmoja. Matokeo yatakuwa sawa.
Mimina maji, na kutakuwa na hewa kwenye bomba la sindano. Hebu kurudia uzoefu. Katika kipindi cha majaribio, tutaona kwamba gesi pia hupeleka shinikizo kwa pande zote. Kuna tofauti moja tu na kioevu. Ikiwa unapunguza pistoni ya mojasindano chini na kuitengeneza kwa kidole chako, kisha unapobonyeza pistoni ya sindano nyingine, gesi itapunguza. Kiasi chake kitapungua kwa karibu mara mbili, na pistoni itajitahidi kupiga juu. Gesi hii, ikitaka kuongeza kiasi chake, husababisha pistoni kuhamia juu. Ingekuwa tofauti na kimiminika, isingewezekana kuibana kwa urahisi hivyo.
Sheria ya Pascal
Tutajifunza uhamishaji wa shinikizo kwa vimiminika na gesi kwa usaidizi wa uzoefu. Iligunduliwa na mwanafizikia wa Ufaransa Blaise Pascal. Chukua nyanja ya mashimo ambayo bomba la glasi limeunganishwa. Katika sehemu tofauti za mpira (juu, upande, chini) kuna mashimo madogo. Pistoni imewekwa ndani ya bomba. Hiki ni kifaa maalum cha kuonyesha sheria ya Pascal.
Jaza puto kupitia bomba na maji ili kuona jinsi inavyofanya kazi. Ingawa nguvu ya uvutano hutenda juu ya mpira kutoka juu hadi chini, michirizi ya maji hutiririka kutoka kwenye mashimo ya mpira kwa pembe, kando, na hata juu. Bila shaka, wanapotoka kidogo kutoka kwa mwelekeo wao wa awali, kwa sababu mvuto huwafanyia kazi. Tunaona kwamba shinikizo linalotolewa kwenye maji hupitishwa pande zote.
Ikiwa badala ya maji tunavuta moshi na kufanya jaribio hili, tutaona uhamishaji wa shinikizo katika gesi kwa macho yetu wenyewe, kwa sababu moshi ni gesi yenye rangi na chembe ndogo za masizi au lami. Kutokana na ukweli kwamba ni nyepesi sana, haitaathiriwa na mvuto kwa kiasi kikubwa, haitatoka kwenye nafasi yake ya awali kama vile mito ya maji. Tunaweza kuhitimisha hili: shinikizo lililotolewakwenye kioevu au gesi, hupitishwa, bila kubadilisha nguvu, kwa hatua yoyote ya kioevu na gesi katika pande zote. Hii ni sheria ya Pascal kwa vimiminika na gesi. Mfumo: P=F/S ambapo P ni shinikizo. Ni sawa na uwiano wa nguvu F kwa eneo S, ambapo hutenda kazi kwa ukamilifu.
