7. Sınıf Ders No. 41 Tarih
Konu: Pascal Yasası. Hidrolik baskı.
Ders türü: Yeni materyal öğrenme dersi.
Dersin amaç ve hedefleri:
· Eğitim amaçlı - Pascal yasasını tanıtmak , Öğrencilerin “Basınç” konusundaki bilgilerini genişletmek ve derinleştirmek, katılar, sıvılar ve gazlar arasındaki farkları tartışmak; yeni bir kavram olan “Hidrolik pres” i tanıtmak, öğrencilerin edinilen bilgi ve becerilerin pratik önemini ve kullanışlılığını anlamalarına yardımcı olmak.
· Gelişim hedefi – araştırma ve yaratıcı becerilerin geliştirilmesi için koşullar yaratmak; iletişim ve işbirliği becerileri.
· Eğitim hedefi – zihinsel çalışma kültürünün aşılanmasına katkıda bulunmak, çalışılan materyale olan ilginin artması için koşullar yaratmak.
Teçhizat:
· sunum, video klipler
bireysel görevleri olan kartlar
Dersler sırasında.
1.Org. an.
Öğrencileri sınıfta çalışmaya hazırlamak. Resepsiyon "Gülümseme"
2. Dersin motivasyonu ve amaç ve hedeflerinin belirlenmesi.
Resimlerle bir slayt gösterisi. Dersimizin amaçları aşağıdaki gibidir:
Bugün sınıfta doğanın en önemli yasalarından biri olan Pascal yasasını inceleyeceğiz. Dersimizin amacı: Yasayı incelemek ve ayrıca Pascal yasasını kullanarak bir dizi fiziksel olayı açıklamayı öğrenmek. Kanunun pratikte uygulanmasına bakın.
Bir hidrolik makinenin tasarımının ve çalışmasının fiziksel temellerini inceleyin;
Hidrolik pres kavramını verin ve pratik uygulamasını gösterin.
3. Yeni bir konu çalışın
Tüm cisimler moleküllerden ve atomlardan oluşur. Maddenin üç farklı toplanma durumunu inceledik ve yapılarına göre özellikleri farklılık gösteriyor. Bugün basıncın katı, sıvı ve gaz halindeki maddeler üzerindeki etkisini öğreneceğiz. Örneklere bakalım:
Çiviyi bir çekiçle tahtaya çakıyoruz. Ne görüyoruz? Basınç hangi yönde etki eder?
(Çivi, çekicin basıncı altında tahtaya girer. Kuvvet doğrultusunda. Tahta ve çivi yekpare katı cisimlerdir.)
Kum alalım. Bu katı granüler bir maddedir. Tüpü pistonla kumla doldurun. Borunun bir ucu kauçuk bir filmle kaplanmıştır. Pistona basıyoruz ve gözlemliyoruz.
(Kum filmin duvarlarına sadece kuvvet yönünde değil, yanlara doğru da baskı yapar.)
Şimdi sıvının nasıl davrandığını görelim. Tüpü sıvıyla dolduralım. Pistona basıyoruz, gözlemliyoruz ve önceki deneyin sonuçlarını karşılaştırıyoruz.
(Film bir top şeklini alır, sıvı parçacıklar farklı yönlere eşit şekilde bastırılır.)
Gaz örneğine bakalım. Topu şişirelim.
(Basınç, hava parçacıkları tarafından her yöne eşit olarak iletilir.)
Basıncın katı, sıvı ve gaz halindeki maddeler üzerindeki etkisini inceledik. Hangi benzerlikleri fark ettiniz?
(Sıvılar ve gazlar için basınç farklı yönlerde eşit şekilde etki eder ve bu, çok sayıda molekülün rastgele hareketinin bir sonucudur. Katı kütleli maddeler için basınç, kuvvet yönünde ve yanlara doğru etki eder.)
Sıvılar ve gazlar tarafından basınç aktarımı sürecini daha derinlemesine açıklayalım.
Pistonlu bir tüpün hava (gaz) ile dolu olduğunu hayal edin. Gazdaki parçacıklar hacim boyunca eşit olarak dağılır. Pistona basıyoruz. Pistonun altında bulunan parçacıklar sıkıştırılır. Hareketliliklerinden dolayı, gaz parçacıkları her yöne hareket edecek ve bunun sonucunda düzenleri yine tek tip fakat daha yoğun hale gelecektir. Bu nedenle gaz basıncı her yerde artar. Bu, basıncın tüm gaz parçacıklarına iletildiği anlamına gelir.
Pascal'ın topuyla bir deney yapalım. Çeşitli yerlerinde dar delikler bulunan içi boş bir bilyeyi alıp pistonlu bir tüpe bağlayalım.
Tüpü suyla doldurup pistona basarsanız su, topun içindeki tüm deliklerden akıntılar halinde dışarı akacaktır. (Çocuklar tahminlerini ifade ederler.)
Genel bir sonuç çıkaralım.
Piston, tüpteki suyun yüzeyine baskı yapar. Pistonun altında bulunan su parçacıkları sıkışarak basıncını daha derindeki diğer katmanlara aktarır. Böylece pistonun basıncı bilyeyi dolduran sıvının her noktasına iletilir. Sonuç olarak suyun bir kısmı tüm deliklerden akan akıntılar şeklinde topun dışına itilir.
Bir sıvı veya gaza uygulanan basınç, sıvı veya gazın hacmindeki her noktaya değişmeden iletilir. Bu ifadeye Pascal yasası denir.
4. Konsolidasyon: soruları yanıtlayın
1. Haşlanmış bir yumurtayı hava tabancasıyla vurursanız, mermi yumurtanın içinde yalnızca bir delik açacaktır, geri kalanı sağlam kalacaktır. Ancak çiğ yumurtayı vurursanız parçalara ayrılır. (Haşlanmış yumurtayı vururken mermi katı bir cismi delip geçer, dolayısıyla basınç bu yönde iletildiği için uçuş yönünde deler.)
2. Su altında bir kabuğun patlaması suda yaşayan organizmalar için neden yıkıcıdır? (Pascal yasasına göre bir sıvıdaki patlamanın basıncı her yöne eşit olarak iletilir ve hayvanlar bundan ölebilir)
3. Mantarlı bir şişenin içinde gaz halinde bulunan şeytani cin, şişenin duvarlarına, tabanına ve mantarına kuvvetli bir baskı uygular. Eğer cin gaz halindeyken kolları ve bacakları yoksa neden her yöne tekme atıyor? Hangi yasa ona bunu yapmasına izin veriyor? (moleküller, Pascal yasası)
4. Astronotlar için yiyecekler yarı sıvı halde hazırlanır ve elastik duvarlı tüplere yerleştirilir. Astronotların yiyecekleri tüplerden sıkmasına ne yardımcı olur?
(Pascal yasası)
5. Bir damla erimiş camın içine hava üflendiğinde cam kap yapma sürecini açıklamaya çalışın.
(Pascal kanununa göre gazın içindeki basınç her yöne eşit olarak iletilecek ve sıvı cam bir balon gibi şişecektir.)
Pascal yasasının pratikte uygulanması
Bu konuyu inceleme motivasyonu: “Hidrolik pres”
Muhtemelen durumu gözlemlemişsinizdir: Bir lastik patladı, cihazı kullanan sürücü, arabanın yaklaşık 1,5 ton ağırlığına rağmen arabayı kolayca kaldırıyor ve hasarlı tekerleği değiştiriyor.
Gelin şu soruya birlikte cevap verelim: Bu neden mümkün olabilir?
Kriko kullanıyor. Kriko hidrolik bir makinedir.
Bir tür sıvı yardımıyla çalışan mekanizmalara hidrolik (Yunanca "gidor" - su, sıvı) denir.
Hidrolik baskı sıkıştırılmış bir sıvı tarafından tahrik edilen, basınçla malzemeleri işlemeye yönelik bir makinedir.
soruları cevapla.
v Silindirler ve pistonlar aynı mı? Fark ne?
v Bu ne anlama geliyor: her piston kendi işini yapıyor?
v Hidrolik presin çalışması hangi yasaya dayanmaktadır?
Hidrolik presin tasarımı Pascal kanununa dayanmaktadır. Birbiriyle bağlantılı iki kap homojen bir sıvıyla doldurulur ve alanları S1 ve S2 (S2 > S1) olan iki pistonla kapatılır. Pascal yasasına göre her iki silindirde de basınç eşitliği var: p1=p2.
p1=F1/S1, P2=F2/ S2 , F1/S1= F2/ S2, F1 S2=F2 S1
Hidrolik pres çalıştığında, büyük pistonun alanının küçük pistonun alanına oranına eşit bir kuvvet kazancı yaratılır.
F1/ F2 = S1/ S2.
Hidrolik presin çalışma prensibi.
Preslenen gövde, büyük bir pistona bağlı bir platform üzerine yerleştirilir. Küçük bir piston sıvı üzerinde çok fazla basınç oluşturur. Bu basınç, silindirleri dolduran sıvının her noktasına değişmeden iletilir. Bu nedenle aynı basınç büyük pistona da etki eder. Ancak alanı daha büyük olduğundan ona etki eden kuvvet, küçük pistona etki eden kuvvetten daha büyük olacaktır. Bu kuvvetin etkisi altında büyük piston yükselecektir. Bu piston yükseldiğinde gövde sabit bir üst platforma yaslanır ve sıkıştırılır. Bir sıvının basıncını ölçen manometre, basınç izin verilen değeri aştığında otomatik olarak açılan bir emniyet valfidir. Sıvı, küçük silindirden büyük silindire, küçük pistonun tekrarlanan hareketleri ile pompalanır.
Daha fazla kuvvetin gerekli olduğu yerlerde hidrolik presler kullanılır. Örneğin yağ fabrikalarında tohumlardan yağ sıkmak için, kontrplak, karton, saman preslemek için. Metalurji tesislerinde çelik makine milleri, demiryolu tekerlekleri ve daha birçok ürünün imalatında hidrolik presler kullanılmaktadır. Modern hidrolik presler yüz milyonlarca Newton kuvvet üretebilmektedir.
Milyonlarca araba hidrolik frenlerle donatılmıştır. On ve yüz binlerce ekskavatör, buldozer, vinç, yükleyici ve asansör hidrolik tahrikle donatılmıştır.
Hidrolik krikolar ve hidrolik presler, lastiklerin araba tekerlekleri üzerine preslenmesinden, gemilerin nehirlerden geçmesine olanak sağlamak için asma köprü kirişlerinin kaldırılmasına kadar çok çeşitli amaçlar için büyük miktarlarda kullanılmaktadır.
Bir video klibin gösterimi
5. Anlayışın kontrol edilmesi: Test sorularını cevaplayın.
1 seçenek | seçenek 2 |
|
|
Bir iş B) basınç |
A) Joule B) Pascal |
|
|
A) azaltmak; az; az B) azaltmak; Daha; Daha B) artış; Daha; Daha D) artış; az; Daha |
A) azaltmak; Daha; az B) azaltmak; Daha; Daha B) azaltmak; az; az D) artış; Daha; Daha |
|
|
C) tekerleklerin yerini paletler alır |
A) bıçak ağızları keskinleştirilmiştir D) bıçaklar olta ile değiştirilir |
|
Yanlış ifadeyi belirtin. |
B) kabın dibine D) her yöne |
|
|
A) 1300 kg/m3 |
7. Karşılıklı kontrol: defterleri değiştirin ve kontrol edin
Seçenek 1: 1c, 2b, 3a, 4d, 5d, 6d, 7d, 8a
Seçenek 2: 1b, 2d, 3a, 4a, 5d, 6b, 7d, 8c
6. Özetleme. Ev ödevi. ξ 44.45, karşılaştırmalı bir tablo hazırlayın: “Katı, sıvı ve gazların basıncı”
Test sorularını cevaplayın.
1 seçenek | seçenek 2 |
|
p = F/S formülüyle hangi fiziksel miktar belirlenir? Bir iş B) basınç | Aşağıdakilerden hangisi basıncın temel ölçü birimidir? A) Joule B) Pascal |
|
Aşağıdaki değerlerden hangisi basıncı ifade edebilir? | 0,01 N/cm2'ye eşit basıncı Pa cinsinden ifade edin. |
|
Basınç kuvvetini hesaplamak için hangi formül kullanılabilir? | Basıncı hesaplamak için hangi formül kullanılabilir? |
|
Eksik olan birkaç kelimeyi belirtin. Kesici takımlar, destek alanı, basınç nedeniyle…basınç sağlamak için bilenir. A) azaltmak; az; az B) azaltmak; Daha; Daha B) artış; Daha; Daha D) artış; az; Daha | Eksik olan birkaç kelimeyi belirtin. Binaların duvarları, destek alanı, basınç nedeniyle…basınç sağlamak amacıyla geniş bir temel üzerine kuruludur. A) azaltmak; Daha; az B) azaltmak; Daha; Daha B) azaltmak; az; az D) artış; Daha; Daha |
|
Yanlış cevabı bulun. Aşağıdaki yollarla baskıyı azaltmaya çalışırlar: A) vakfın alt kısmının alanını arttırmak B) Kamyon lastikleri genişletilir C) tekerleklerin yerini paletler alır D) Platformu destekleyen sütunların sayısını azaltın | Yanlış cevabı bulun. Aşağıdaki yollarla baskıyı artırmaya çalışırlar: A) bıçak ağızları keskinleştirilmiştir B) pense yerine pense kullanılır C) Yazın at arabası, kışın atlı kızak kullanın D) bıçaklar olta ile değiştirilir |
|
0,96 kN ağırlığındaki bir kutunun destek alanı 0,2 m2'dir. Kutunun basıncını hesaplayınız. | Dikiş sırasında iğneye 2 N'luk bir kuvvet etki etmektedir. Uç alanı 0,01 mm2 ise iğnenin uyguladığı basıncı hesaplayın. |
|
Yanlış ifadeyi belirtin. A) Gaz basıncı rastgele hareket eden moleküllerin etkisiyle oluşur. B) Gaz her yöne eşit basınç uygular C) Gazın kütlesi ve sıcaklığı değişmezse, gazın hacmi azaldıkça basınç artar D) Gazın kütlesi ve sıcaklığı değişmezse, gazın hacmi arttıkça basınç değişmez | Pascal kanunu, sıvıların ve gazların üzerlerine uygulanan basıncı ilettiğini belirtir. A) Etki eden kuvvet doğrultusunda B) kabın dibine B) bileşke kuvvet yönünde D) her yöne |
|
4 kPa'lık bir basınç, bir basınca karşılık gelir... | Aşağıdaki değerlerden hangisi hidrostatik basıncı ifade edebilir? A) 1300 kg/m3 |
Tanım
Hidrolik baskı akışkanların hareket ve denge kanunlarına göre çalışan bir makinedir.
Pascal yasası hidrolik presin çalışma prensibinin temelini oluşturur. Bu cihazın adı Yunanca hidrolik - su kelimesinden gelmektedir. Hidrolik pres, presleme (sıkma) amacıyla kullanılan hidrolik bir makinedir. Daha fazla güce ihtiyaç duyulan yerlerde, örneğin tohumlardan yağın sıkılması sırasında hidrolik pres kullanılır. Modern hidrolik presler kullanılarak $(10)^8$newton'a kadar kuvvetler elde edilebilir.
Hidrolik makinenin temeli, bir boru ile birbirine bağlanan pistonlu farklı yarıçaplara sahip iki silindirden (Şekil 1) oluşur. Pistonların altındaki silindirlerdeki boşluk genellikle madeni yağla doldurulur.
Bir hidrolik makinenin çalışma prensibini anlamak için iletişim kuran damarların ne olduğunu ve Pascal yasasının ne anlama geldiğini hatırlamanız gerekir.
İletişim kuran gemiler
İletişim kuran kaplar, birbirine bağlı olan ve sıvının bir kaptan diğerine serbestçe akabildiği kaplardır. İletişim kuran damarların şekli farklı olabilir. Bağlantılı kaplarda, sıvının serbest yüzeyleri üzerindeki basınçlar aynı ise, aynı yoğunlukta bir sıvı aynı seviyede oluşturulur.
Şekil 1'den yapısal olarak bir hidrolik makinenin farklı yarıçaplara sahip iki iletişim kabından oluştuğunu görüyoruz. Pistonlara herhangi bir kuvvet etki etmediği sürece silindirlerdeki sıvı kolonlarının yükseklikleri aynı olacaktır.
Pascal yasası
Pascal yasası bize, dış kuvvetlerin bir sıvıya uyguladığı basıncın, sıvının tüm noktalarına değişmeden iletildiğini söyler. Birçok hidrolik cihazın hareketi Pascal yasasına dayanmaktadır: presler, fren sistemleri, hidrolik tahrikler, hidrolik güçlendiriciler vb.
Hidrolik presin çalışma prensibi
Pascal yasasına dayanan en basit ve en eski cihazlardan biri, küçük bir $S_1$ alanına sahip bir pistona uygulanan küçük bir $F_1$ kuvvetinin, büyük bir pistona etki eden büyük bir $F_2$ kuvvetine dönüştürüldüğü bir hidrolik prestir. alan $S_2$.
Bir numaralı pistonun yarattığı basınç:
İkinci pistonun sıvıya uyguladığı basınç:
Pistonlar dengedeyse, $p_1$ ve $p_2$ basınçları eşittir, dolayısıyla (1) ve (2) ifadelerinin sağ taraflarını eşitleyebiliriz:
\[\frac(F_1)(S_1)=\frac(F_2)(S_2)\left(3\right).\]
Birinci pistona uygulanan kuvvetin modülünün ne olacağını belirleyelim:
Formül (4)'ten, $F_1$ değerinin kuvvet modülü $F_2$'dan $\frac(S_1)(S_2)$ kat daha büyük olduğunu görüyoruz.
Ve böylece, hidrolik pres kullanarak çok daha büyük bir kuvveti küçük bir kuvvetle dengeleyebilirsiniz. $\frac(F_1)(F_2)$ oranı güçteki artışı gösterir.
Basın böyle çalışır. Sıkıştırılması gereken gövde, büyük bir pistonun üzerine oturan bir platform üzerine yerleştirilir. Küçük bir piston kullanılarak sıvı üzerinde yüksek basınç oluşturulur. Büyük piston, sıkıştırılmış gövdeyle birlikte yükselir, üstlerinde bulunan sabit bir platforma dayanır, gövde sıkıştırılır.
Sıvı, küçük alanlı bir pistonun tekrar tekrar hareket etmesiyle küçük bir silindirden büyük bir silindire pompalanır. Bunu şu şekilde yapıyorlar. Küçük piston yükselir, valf açılır ve sıvı küçük pistonun altındaki boşluğa emilir. Küçük piston, valfe basınç uygulayarak sıvıyı indirdiğinde kapanır, bu da valfi açar ve sıvının büyük kaba akmasını sağlar.
Çözümlü problem örnekleri
örnek 1
Egzersiz yapmak. Küçük bir pistona (alan $S_1=10\ (cm)^2$) $F_1=800$ N kuvveti ile etki edildiğinde, büyük piston üzerinde elde edilen kuvvet uygulanırsa, hidrolik pres için kuvvet kazancı ne olur? ($S_2=1000 \ (cm)^2$) eşittir $F_2=72000\ $ N?
Sürtünme kuvvetleri olmasaydı bu baskının gücünden ne gibi bir kazanç elde edilirdi?
Çözüm. Kuvvet kazancı, alınan kuvvetin modüllerinin uygulanan kuvvete oranıdır:
\[\frac(F_2)(F_1)=\frac(72000)(800)=90.\]
Hidrolik pres için elde edilen formülü kullanarak:
\[\frac(F_1)(S_1)=\frac(F_2)(S_2)\left(1.1\right),\]
Sürtünme kuvvetlerinin yokluğunda kuvvetteki kazancı bulalım:
\[\frac(F_2)(F_1)=\frac(S_2)(S_1)=\frac(1000)(10)=100.\]
Cevap. Sürtünme kuvvetlerinin varlığında presteki kuvvet kazancı şuna eşittir: $\frac(F_2)(F_1)=90.$ Sürtünme olmadan şuna eşit olur: $\frac(F_2)(F_1)=100.$
Örnek 2
Egzersiz yapmak. Hidrolik bir kaldırma mekanizması kullanarak $m$ kütlesindeki bir yükü kaldırmalısınız. Küçük piston bir kerede $l$ mesafesini alçaltıyorsa, $t$ zamanında kaç kez ($k$) alçaltılmalıdır? Kaldırma pistonlarının alanlarının oranı şuna eşittir: $\frac(S_1)(S_2)=\frac(1)(n)$ ($n>1$). Motor gücü $N$ olduğunda makinenin verimliliği $\eta $ olur.
Çözüm. Hidrolik asansörün çalışmasının prensip şeması Şekil 2'de gösterilmektedir; hidrolik presin çalışmasına benzer.
Sorunu çözmenin temeli olarak, güç ile işi birbirine bağlayan bir ifade kullanıyoruz, ancak aynı zamanda asansörün verimliliğini de hesaba katıyoruz, o zaman güç şuna eşittir:
İş, yükü kaldırmak için yapılır, yani bunu yükün potansiyel enerjisindeki bir değişiklik olarak bulacağız; yükün kaldırmaya başladığı noktadaki enerjisini dikkate alacağız ($E_(p1)$= 0) sıfır potansiyel enerjiye sahip olmak için elimizde:
burada $h$ yükün kaldırıldığı yüksekliktir. Formül (2.1) ve (2.2)'nin sağ taraflarını eşitleyerek yükün kaldırıldığı yüksekliği buluruz:
\[\eta Nt=mgh\to h=\frac(\eta Nt)(mg)\left(2,3\right).\]
Küçük bir pistonu hareket ettirirken $F_0$ kuvvetinin yaptığı işi şu şekilde buluruz:
\[A_1=F_0l\ \left(2,4\right),\]
Büyük pistonu yukarı doğru hareket ettiren (varsayımsal gövdeyi sıkıştıran) kuvvetin yaptığı iş şuna eşittir:
\[A_2=FL\ .\] \[A_1=A_2\to F_0l=FL\] \[\frac(F_0)(F)=\frac(L)(l)=\frac(S_1)(S_2)\ sol(2,5\sağ),\]
burada $L$ büyük pistonun tek vuruşta hareket ettiği mesafedir. (2.5)'ten şunu elde ederiz:
\[\frac(S_1)(S_2)=\frac(L)(l)\to L=\frac(S_1)(S_2)l\ \left(2,6\right).\]
Piston strok sayısını (küçük pistonun kaç kez alçalacağı veya büyük pistonun kaç kez yükseleceği) bulmak için yükün yüksekliği, büyük pistonun bir strokta hareket ettiği mesafeye bölünmelidir:
Cevap.$k=\frac(\eta Ntn)(mgl)$
Dikkat! Site yönetimi, metodolojik gelişmelerin içeriğinden ve geliştirmenin Federal Devlet Eğitim Standardına uygunluğundan sorumlu değildir.
- Katılımcı: Kolesnikov Maxim Igorevich
- Başkan: Shcherbinina Galina Gennadievna
giriiş
Pascal yasası 1663'te tanındı. 750.000 kPa'nın üzerinde basınca sahip süper preslerin, hidrolik tahrikin yaratılmasının temelini oluşturan bu keşif, modern jet uçaklarını, uzay gemilerini, sayısal olarak kontrol edilen makineleri, güçlü damperli kamyonları kontrol eden hidrolik otomasyonun ortaya çıkmasına yol açtı. madencilik biçerdöverleri, presler ve ekskavatörler... Böylece Pascal yasası modern dünyada büyük uygulama alanı buldu. Ancak tüm bu mekanizmalar oldukça karmaşık ve hantal, bu yüzden etrafımız sarıldığında "antik çağa" zaman harcamanın aptalca olduğuna inanan sınıf arkadaşlarımı ve kendimi ikna etmek için Pascal yasasına dayalı cihazlar yaratmak istedim. modern cihazlarla bu konunun hala ilginç ve alakalı olduğunu gösteriyor. Ayrıca kendi yarattığı cihazlar kural olarak ilgi uyandırır, düşündürür, hayal kurar ve hatta "derin antik çağ" keşiflerine farklı gözlerle bakar.
Nesne Araştırmam Pascal yasasıdır.
Çalışmanın amacı: Pascal yasasının deneysel olarak doğrulanması.
Hipotez: Pascal kanunu bilgisi inşaat ekipmanı tasarımında faydalı olabilir.
İşin pratik önemi:Çalışmam bir ortaokulun 7. sınıfındaki fizik derslerinde gösterime yönelik deneyler sunmaktadır. Geliştirilen deneyler hem sınıfta fenomenleri incelerken (bunun fizik çalışırken bazı kavramların oluşturulmasına yardımcı olacağını umuyorum) hem de öğrenciler için ev ödevi olarak gösterilebilir.
Önerilen kurulumlar evrenseldir; bir kurulum birden fazla deneyi göstermek için kullanılabilir.
1. Bölüm. Tüm saygınlığımız düşünme yeteneğindedir
Blaise Pascal (1623-1662) – Fransız matematikçi, tamirci, fizikçi, yazar ve filozof. Fransız edebiyatının bir klasiği, matematiksel analizin, olasılık teorisinin ve projektif geometrinin kurucularından biri, bilgisayar teknolojisinin ilk örneklerinin yaratıcısı, hidrostatik temel yasasının yazarı. Pascal, hidrostatiğin temel yasasını oluşturarak fizik tarihine girdi ve Toricelli'nin atmosfer basıncının varlığına ilişkin varsayımını doğruladı. SI basınç birimine Pascal'ın adı verilmiştir. Pascal kanunu, bir sıvı veya gaza uygulanan basıncın her yöne değişmeden herhangi bir noktaya iletildiğini belirtir. Ünlü Arşimet yasası bile Pascal yasasının özel bir durumudur.
Pascal yasası, sıvıların ve gazların özellikleri kullanılarak açıklanabilir: bir kabın duvarlarına çarpan sıvı ve gaz molekülleri basınç oluşturur. Molekül konsantrasyonunun artması (azalması) ile basınç artar (azalır).
Pascal yasasının işleyişini anlamak için kullanılabilecek yaygın bir sorun var: Bir tüfekle ateşlendiğinde, haşlanmış yumurtada bir delik oluşur, çünkü bu yumurtadaki basınç yalnızca hareketi yönünde iletilir. Pascal yasasına göre sıvı içindeki bir merminin basıncı her yöne eşit olarak iletildiği için çiğ yumurta parçalara ayrılır.
Bu arada, Pascal'ın deneyleri sırasında keşfettiği yasayı kullanarak bir şırınga ve hidrolik pres icat ettiği biliniyor.
Pascal yasasının pratik önemi
Birçok mekanizmanın çalışması Pascal yasasına dayanmaktadır; aksi halde, gazın sıkıştırılabilirlik ve basıncı her yöne eşit olarak iletme yeteneği gibi özellikleri, çeşitli teknik cihazların tasarımında geniş uygulama alanı bulmuştur.
- Bu nedenle, bir denizaltıda onu derinlikten kaldırmak için basınçlı hava kullanılır. Dalış sırasında denizaltının içindeki özel tanklar suyla doldurulur. Teknenin ağırlığı artar ve batar. Tekneyi kaldırmak için bu tanklara suyun yerini değiştiren basınçlı hava pompalanır. Teknenin ağırlığı azalıyor ve yüzüyor.
Şekil 1. Denizaltı yüzeyde: ana balast tankları (CBT) dolu değil
İncir. 2. Denizaltı su altında kaldı: Merkez Şehir Hastanesi suyla doldu
- Basınçlı hava kullanan cihazlara pnömatik denir. Bunlar arasında örneğin asfalt açmak, donmuş toprağı gevşetmek ve kayaları kırmak için kullanılan bir kırıcı bulunur. Basınçlı havanın etkisi altında, bir kaya matkabının tepe noktası dakikada 1000-1500 büyük yıkıcı kuvvet darbesi yapar.
- Üretimde metallerin dövülmesi ve işlenmesi için pnömatik çekiç ve pnömatik pres kullanılır.
- Havalı frenler kamyonlarda ve demiryolu araçlarında kullanılır. Metro vagonlarında kapılar basınçlı hava kullanılarak açılıp kapatılmaktadır. Taşımacılıkta havalı sistemlerin kullanılması, sistemden hava sızsa bile kompresörün çalışması nedeniyle tekrar doldurulacağı ve sistemin düzgün çalışacağından kaynaklanmaktadır.
- Bir ekskavatörün çalışması aynı zamanda hidrolik silindirlerin bomları ve kepçeyi tahrik etmek için kullanıldığı Pascal yasasına da dayanmaktadır.
Bölüm 2. Bilimin ruhu, keşiflerinin pratik uygulamasıdır
Deney 1 (video, sunumda bu cihazın çalışma prensibini modelleme yöntemi)
Pascal yasasının etkisi, eşit şekilde sıvı (su) ile doldurulmuş, birbirine bağlı iki sol ve sağ silindirden oluşan bir laboratuvar hidrolik presinin çalışmasında gözlemlenebilir. Bu silindirlerdeki sıvı seviyesini gösteren tapalar (ağırlıklar) siyah renkle vurgulanmıştır.
Pirinç. 3 Hidrolik presin diyagramı
Pirinç. 4. Hidrolik presin uygulanması
Burada ne oldu? Sıvıyı bu silindirden sağ silindire doğru zorlayan sol silindirdeki tapaya bastırdık, bunun sonucunda aşağıdan sıvı basıncı yaşayan sağ silindirdeki tapa yükseldi. Böylece sıvı basıncı iletir.
Aynı deneyi evde biraz farklı bir biçimde gerçekleştirdim: birbirine bağlı iki silindirden oluşan bir deneyin gösterimi - birbirine bağlı ve sıvı suyla doldurulmuş tıbbi şırıngalar.
Hidrolik presin tasarımı ve çalışma prensibi ortaokul 7. sınıf ders kitabında anlatılmaktadır.
Deney 2 (bu cihazın montajını bir sunumda göstermek için modelleme yöntemini kullanan video)
Önceki deneyin geliştirilmesinde, Pascal yasasını göstermek için, temeli su ile dolu piston silindirlerinden oluşan ahşap bir mini ekskavatörün modelini de monte ettim. İlginç bir şekilde, ekskavatörün bomunu ve kepçesini kaldıran ve indiren pistonlar olarak, yasasını doğrulamak için bizzat Blaise Pascal tarafından icat edilen tıbbi şırıngaları kullandım.
Yani sistem, 20 ml'lik sıradan tıbbi şırıngalardan (kontrol kollarının işlevi) ve aynı 5 ml'lik şırıngalardan (pistonların işlevi) oluşur. Bu şırıngaları sıvı – su ile doldurdum. Şırıngaları bağlamak için damlalık sistemi kullanıldı (sızdırmazlığı sağlar).
Bu sistemin çalışması için kolu tek bir yere bastırıyoruz, su basıncı pistona, tapaya iletiliyor, tapa yükseliyor - ekskavatör hareket etmeye başlıyor, ekskavatör bomu ve kepçesi indirilip kaldırılıyor.
Bu deney, A.V. Peryshkin'in 7. sınıf ders kitabının § 36, sayfa 87'sinden sonraki soruyu yanıtlayarak gösterilebilir: "Sıvılar ve gazlar tarafından basınç aktarımının özelliğini göstermek için hangi deneyim kullanılabilir?" Deney ayrıca şu açıdan da ilginçtir: Kullanılan malzemelerin mevcudiyeti ve Pascal yasasının pratik uygulaması açısından bakış açısı.
Deneyim 3 (video)
İçinde çok sayıda küçük delik bulunan içi boş bir topu (pipet) bir piston (şırınga) yardımıyla tüpe takalım.
Balonu suyla doldurun ve pistona basın. Tüpteki basınç artacak, tüm deliklerden su akmaya başlayacak ve tüm su akışlarındaki su basıncı aynı olacaktır.
Su yerine duman kullanırsanız aynı sonuç elde edilebilir.
Bu deney Pascal yasasının klasik bir gösterimidir, ancak her öğrencinin erişebileceği materyallerin kullanılması deneyi özellikle etkili ve akılda kalıcı kılmaktadır.
Benzer bir deneyim, ortaokullara yönelik 7. sınıf ders kitaplarında anlatılıyor ve yorumlanıyor:
Çözüm
Yarışmaya hazırlanırken ben:
- seçtiğim konuyla ilgili teorik materyal çalıştım;
- ev yapımı cihazlar yarattı ve aşağıdaki modeller üzerinde Pascal yasasını deneysel olarak test etti: bir hidrolik pres modeli, bir ekskavatör modeli.
sonuçlar
17. yüzyılda keşfedilen Pascal yasası, günümüzde insan çalışmasını kolaylaştıran teknik cihaz ve mekanizmaların tasarımında alakalı ve yaygın olarak kullanılmaktadır.
Topladığım kurulumların arkadaşlarımın ve sınıf arkadaşlarımın ilgisini çekeceğini ve fizik yasalarını daha iyi anlamama yardımcı olacağını umuyorum.
2.5.2. En basit hidrolik makineler.
Hidrolik baskı. Karikatürist
2.5.1. Basınç ölçüm cihazları
Piezometreler. Her iki ucu açık olan cam tüpleri, alt uçları u noktalarına denk gelecek şekilde “kesinlikle” hareketsiz kalan bir sıvıya batıralım (Şekil 2.11). Açık uçlu her iki tüpte de sıvı, referans düzlemine göre su düzleminde uzanacak şekilde aynı yüksekliğe yükselecektir. Bu yükseklik, mutlak basınçla değil aşırı basınçla ölçülen toplam hidrostatik yükün yüksekliğine eşittir.
Şekil 2.11. Basınç dağılımı kanunu
“kesinlikle” sabit bir sıvıda
Basıncı, daha kesin olarak piyezometrik yüksekliği ölçmek için tasarlanmış, her iki ucu açık olan bu tür tüplere piyezometreler veya piyezometrik tüpler denir.
Piezometreler nispeten düşük basınçları ölçmek için uygundur çünkü... Zaten tüpteki su ile 10 m yüksekliğe ve mineral yağın göreceli ağırlığı 0,8 ila 12,5 m arasında olacaktır.
Diferansiyel basınç göstergeleri.İki noktadaki basınç farkını ölçmek için, en basiti şekilli bir basınç göstergesi olan diferansiyel basınç göstergeleri kullanılır (Şekil 2.12).
Pirinç. 2.12. Diferansiyel basınç göstergesi
Diferansiyel basınç göstergeleri hem fazlalığı ölçebilir (Şek. 2.11, A) ve vakum basıncı (Şekil 2.11, B). Genellikle cıva ile doldurulmuş böyle bir basınç göstergesi kullanılarak, bağlantı tüplerini tamamen dolduran sıvıdaki basınç ve yoğunluk farkı ölçülürse, o zaman
Küçük gaz basınçlarını ölçerken cıva yerine alkol, gazyağı, su vb. kullanılır.
Piyezometreler ve diferansiyel basınç göstergeleri yalnızca durgun bir akışkandaki değil aynı zamanda bir akıştaki basıncı ölçmek için kullanılır.
0,2-0,3'ten büyük basınçları ölçmek için mekanik basınç göstergeleri kullanılır - yay veya membran. Çalışma prensibi, içi boş bir yayın veya zarın ölçülen basıncın etkisi altında deformasyonuna dayanmaktadır. Mekanizma sayesinde bu deformasyon, kadran üzerinde ölçülen basınç miktarını gösteren oka iletilir.
Mekanik manometrelerin yanı sıra elektrikli manometreler de kullanılmaktadır. Bir elektromanometrede hassas bir eleman (sensör) olarak bir membran kullanılır. Ölçülen basıncın etkisi altında membran deforme olur ve bir iletim mekanizması aracılığıyla, ibre ile birlikte elektrik devresine dahil olan potansiyometre sürgüsünü hareket ettirir.
Basınç birimi oranı:
1en = 1kgf/cm 2 =10 m su st. = 736,6 mmHg. Sanat. = 98066,5 Pa 10 5 Pa.
1 kPa = 10 3 Pa; 1 MPa = 10 6 Pa.
Normal atmosfer basıncında (0,1033 MPa) yükseklik su için 10,33 m, benzin için 13,8 m (= 750 kg/m3), cıva için 0,760 m, vb.'dir.
2.5.2. En basit hidrolik makineler. Hidrolik baskı. Karikatürist
Hidrolik baskı. Pres, metallerin basınçla işlenmesi, preslenmesi, damgalanması, briketlenmesi, çeşitli malzemelerin test edilmesi vb. ile teknolojide gerekli olan büyük sıkıştırma kuvvetleri oluşturmak için teknolojide kullanılır.
Pres, birbirine bir boru hattıyla bağlanan pistonlu silindirlerden oluşur (Şekil 2.13).
Pirinç. 2.13. Hidrolik pres diyagramı
Gemilerden birinin alanı ikinci geminin alanından daha küçüktür. Kap 1'deki pistona kuvvet uygulanırsa, bunun altında formülle belirlenen hidrostatik basınç oluşturulur.
Pascal kanununa göre basınç, akışkanın alanı dahil tüm noktalarına iletilir. Güç yaratır
Aracılığıyla ifade ederek şunu elde ederiz:
Böylece, alan alandan büyük olduğu için kuvvet, küçük bir kesitte pistona etki eden kuvvetten kat kat daha büyüktür.
Kuvvet genellikle, pres odasına sıvı (yağ, emülsiyon) sağlayan bir pistonlu pompa kullanılarak oluşturulur. Kuvvet, piston ile sabit platform arasında bulunan ürüne baskı yapabilir. Pratik olarak geliştirilen kuvvet, pistonlar ve silindirler arasındaki sürtünmeden kaynaklanan kuvvetten daha azdır. Bu azalma presin verimliliğinde dikkate alınır -. Modern hidrolik presler 100.000 tona veya daha fazlasına kadar kuvvetler geliştirir.
Basının eylemi şuna dayanıyor: Pascal yasası. Bir hidrolik pres, sıvıyla (genellikle teknik yağ) doldurulmuş ve farklı boyutlarda S 1 ve S 2 pistonlarıyla kapatılan iki bağlantılı kaptan oluşur (Şekil 1).
Küçük bir pistona etki eden dış kuvvet basınç yaratır
Pascal kanununa göre bir sıvı tarafından her yöne değişmeden iletilir. Bu nedenle ikinci pistona sıvı taraftan bir kuvvet etki eder.
(1)
Hidrolik pres, büyük pistonun alanı küçük pistonun alanını aştığı kadar kuvvet kazancı sağlar.
F 1 kuvveti aynı zamanda presteki akışkanın potansiyel enerjisini de değiştirir. Ancak bu sıvının yerçekimi F 1 kuvvetinden çok daha az olduğu için. sıvının ağırlıksız olduğunu düşündük. Bu bağlamda, gerçek koşullarda denklem (1)'in yalnızca yaklaşık olarak karşılandığı belirtilmelidir.
Basının işe hiçbir faydası yok. Gerçekte, küçük piston indirildiğinde kuvvet A 1 = F 1 h 1 işi yapar, burada h 1 küçük pistonun strokudur. Dar silindirden gelen sıvının bir kısmı geniş silindire aktarılır ve büyük piston h2 kadar yükselir. Kuvvet işi F 2
(2)
Ancak sıvı sıkıştırılamaz. Sonuç olarak, bir silindirden diğerine aktarılan sıvıların hacimleri eşittir;
Bu denklemi ve denklem (1)'i (2)'de değiştirerek A 1 = A 2 elde ederiz.
Hidrolik pres, muazzam kuvvetler geliştirmenize olanak tanır ve ürünleri (metal, plastikten, çeşitli tozlardan) preslemek, metal levhalara delik açmak, malzemeleri mukavemet açısından test etmek, ağırlık kaldırmak, yağdaki tohumlardan yağı sıkmak için kullanılır. kontrplak, karton, saman preslemek için değirmenler. Metalurji tesislerinde, çelik makine milleri, demiryolu tekerlekleri ve diğer birçok ürünün yapımında hidrolik presler kullanılır.