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帕斯卡定律
來源:互聯網

帕斯卡定律(外文名:Pascal's Law)又名壓強傳遞規律,是指在平衡液體里,其液面或任意一點的壓力和壓力變化,將均勻地傳遞到液體中的每一點去,且其值不變。

1646-1647年,法國物理學家布萊士·帕斯卡(Blaaise Pascal)為了研究大氣壓強反復進行實驗,逐漸總結出了帕斯卡定律的基本內涵。1653年,帕斯卡基于對液體壓力的研究,寫出了論文《液體平衡的論述》,該論文于1663年發表。在這篇論文中,他提出了一系列關于液體的規律,詳盡地敘述了液體壓強的傳遞定律,即帕斯卡定律。

帕斯卡定律的公式為。根據帕斯卡定律的力學原理,科學家們發明出了應用于醫學領域的注射器、應用于工業領域的水壓機液壓制動器、升降機、調速器、液壓千斤頂、液壓起重機、汽車的油壓剎車系統等。

定義

帕斯卡定律是指在平衡液體里,其液面或任意一點的壓力和壓力變化,將均勻地傳遞到液體中的每一點去,且其值不變。帕斯卡定律的公式為。

帕斯卡定律只適用于不可壓縮的平衡流體。只要滿足“液體中某點處的壓強雖然變化了,但并未破壞流體的平衡狀態”,不論裝盛液體的容器是密封的或開口的,帕斯卡定律都可適用。

簡史

1643年,意大利物理學家埃萬杰利斯塔·托里拆(Evangelista Torricelli)利用證實了大氣壓強的存在,并測定了其具體數值。1646-1647年,法國物理學家布萊士·帕斯卡(Blaaise Pascal)為了研究大氣壓強反復進行實驗,證明了大氣壓強的存在,及大氣壓強對液柱底面所成的壓力與液柱自身的重力相等

在一系列關于大氣壓強的實驗中,帕斯卡逐漸總結出:處于氣體(或液體)某一深度的點所受的由于氣體(或液體)重量所產生的壓強僅僅與這個點所在的深度有關,而與方向無關,這包含了帕斯卡定律的基本內涵。1653年,帕斯卡基于對液體壓力的研究,寫出了論文《液體平衡的論述》,該論文于1663年發表。在這篇論文中,他提出了一系列關于液體的規律,詳盡地敘述了液體壓強的傳遞定律,即帕斯卡定律。

原理

如下圖所示,過等高的、兩點構造截面為的水平圓柱體,因圓柱體處于平衡狀態,所以有,即,所以。可見,在同一種靜止流體內,高度相同的各點的壓強相等。

和位于同一豎直線上的兩點,兩點之間的高度差為,過和構造截面為的豎直圓柱體,設圓柱體內液體的質量為,由受力平衡,有,即,所以,該式表明,靜止流體中同一豎直線上高度差為的兩點的壓強差等于。對于不在同一豎直線的點和點,因為點和點在同一水平線上,所以,有。

流體表面處的壓強為環境壓強,一般為大氣壓強,則深度為處的任一點的壓強為。由該式可以看出,表面壓強可以大小不變地傳遞到液體內的任一點,與深度及液體密度無關,此即為帕斯卡定律。

液壓千斤頂為例,如下圖所示,通過液壓千斤頂可以托起一輛車,圖中的點1和點2處于同一高度(微小的高度差可以忽略,尤其是在高壓下),因此,輸出的力和輸入的力之比滿足。

應用

根據帕斯卡定律的力學原理發明的注射器在醫療領域起著舉足輕重的作用。此外,在工業領域,水壓機液壓制動器、升降機、調速器、液壓千斤頂、液壓起重機、汽車的油壓剎車系統等的工作原理也符合帕斯卡定律。

參考資料 >

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