اصل پاسکال یکی از ساده ترین و در عین حال پرکاربردترین اصول فیزیکی حاکم بر سیالات است. کاربرد این اصل در طراحی و تولیدات بسیاری از تجهیزاتی که روزانه با آن ها سر و کار داریم، قابل مشاهده است.

اصل پاسکال چیست؟ فشار(P) در ساده ترین شکل ممکن به صورت نیرو(F) تقسیم بر واحد سطح(A) تعریف می شود:

$P=\frac{F}{A}$

در حالت کلی اگر دو سیال در دو محفظه بسته داشته باشید که به یکدیگر مرتبط باشند، با اعمال فشار روی یکی از آن ها، عینا همان فشار به سیال دیگر در محفظه مجاور وارد می شود.

نکته: این عملیات را به هیچ عنوان نمی توان برای سیالاتی که در محفظه های بسته نیستند، انجام داد.

داستان از این قرار است که مولکول های تشکیل دهنده یک سیال قادر هستند به صورت آزادانه حرکت کنند. در چنین شرایطی طبیعی است که وقتی این مولکول ها تحت فشار مضاعف قرار می گیرند، با حرکت به سمت مولکول های سیال موجود در محفظه مجاور، تمام فشار را عینا به سیال و دیوار محفظه آن منتقل می کنند.

1. تمام فشار بدون هیچ گونه تلفاتی به سیال مجاور منتقل می گردد.
2. فشار کل در یک سیال همواره برابر مجموع فشارهای ناشی از منابع مختلفی است که به آن اعمال می شوند.

اهمیت درک این قانون به حدی است که امروزه سیستم های هیدرولیک تماما مبتنی بر قانون پاسکال طراحی و تولید می شوند.

در هیدرولیک اساسا به دنبال آن هستیم که به کمک انتقال مایعات از طریق لوله ها و کانال ها، منبعی به عنوان نیروی مکانیکی در اختیار داشته باشیم. این مفهوم به ظاهر ساده در بسیاری از سیستم ها و تجهیزاتی که روزانه با آن ها سر و کار داریم، قابل مشاهده است. تصور کنید که قصد دارید با اعمال نیروی مشخصی به یک سطح معین از سیال، فشاری را به آن اعمال کنید. طبیعی است که هر چه سطح مورد نظر بزرگ تر باشد، برای دستیابی به مقدار ثابت فشار، نیاز به نیروی بیشتری خواهید داشت. در چنین شرایطی اصل پاسکال به کمک ما می آید. به طوری که دو محفظه بسته که حاوی سیالات یکسانی هستند را از طریق لوله یا کانال به هم متصل می کنند. یکی از این دو محفظه سطح مقطع به مراتب کوچک تری از دیگری دارد. به این ترتیب با اعمال نیروی کمتر به محفظه با سطح مقطع کوچک تر، همان میزان فشار مورد نظر ما ایجاد می شود. درنهایت این فشار عینا به محفظه مجاور منتقل و به طور یکنواخت بین سیال و دیواره های محفظه توزیع می شود.

در واقع به کمک قانون پاسکال، با صرف نیروی کمتر به فشار مورد نظر دست پیدا می کنیم.

از جمله مهم ترین کاربردهای قانون پاسکال در سیستم های هیدرولیک می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. بالابر هیدرولیک
2. پمپ های هیدرولیک
3. جرثقیل هیدرولیک
4. ترمز خودرو (با اعمال نیروی کم روی پدال ترمز، نیروی ترمز بسیار زیادی روی چرخ های خودرو اعمال می گردد.)

دو محفظه محبوس را در نظر بگیرید که به کمک یک لوله به هم متصل شده اند. سطح مقطع محفظه کوچک تر برابر A₁ و مساحت محفظه بزرگ تر نیز برابر A₂ است. حال سطح مقطع کوچک تر را تحت نیرو مستقیم F₁ قرار می دهیم.

$P_{1}=P_{2}$

$\frac{F_{1}}{A_{1}}=\frac{F_{2}}{A_{2}}$

با فرض بزرگ بودن A₂، برای برابری حاصل فشار در دو طرف باید نیروی سمت راست (F₂) مقدار بیشتری باشد که در نتیجه می توان با یک نیروی کوچک، جسم سنگینی مانند اتومبیل را جابه جا کرد و به این دستگاه بالابر یا جک هیدرولیک گفته می شود.

$F_{2}=F_{1} \frac{A_{2}}{A_{1}}$

نحوه ی کار با شبیه ساز

در شبیه ساز کاربرد اصل پاسکال در بالابر هیدرولیکی را مشاهده خواهید کرد.

با انتخاب دکمه های سبز نیرو به مساحت کمتر سیال وارد می شود و با انتخاب دکمه زرد این جریان نیرو به صورت لحظه‌ای متوقف می شود.

با انتخاب دکمه قرمز دوباره به حالت اول (بدون اعمال هیچ گونه نیرویی) برمی گردد.

.با انتخاب دکمه آبی تمام اطلاعات و فرمول های لازم برای محاسبات را مشاهده می کنید

سؤالات

1- آیا می توان فشار را در سطح یک سیال، با اعمال فشار روی سطح سیال دیگر تغییر داد؟

2- آیا امکان ساخت وسایل دیگری وجود دارد که از این اصل پیروی کند؟

3- منظور از رابطه زیر در شبیه ساز چیست؟

A₁h₁ = A₂h₂