Hukum Pascal: rumus, formulasi dan aplikasi

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 05:30

Filosof, matematikawan, dan fisikawan Prancis terkenal abad ke-17 Blaise Pascal memberikan kontribusi penting bagi perkembangan sains modern. Salah satu pencapaian utamanya adalah perumusan apa yang disebut hukum Pascal, yang dikaitkan dengan sifat zat cair dan tekanan yang diciptakannya. Mari kita lihat hukum ini lebih dekat.

biografi singkat ilmuwan

Blaise Pascal lahir pada 19 Juni 1623 di Clermont-Ferrand, Prancis. Ayahnya adalah wakil presiden pemungutan pajak dan ahli matematika, dan ibunya termasuk kelas borjuis. Sejak kecil, Pascal mulai menunjukkan ketertarikannya pada matematika, fisika, sastra, bahasa, dan ajaran agama. Dia menemukan kalkulator mekanik yang dapat melakukan penjumlahan dan pengurangan. Dia menghabiskan banyak waktu mempelajari sifat fisik benda cair, serta mengembangkan konsep tekanan dan vakum. Salah satu penemuan penting ilmuwan adalah prinsip yang menyandang namanya - hukum Pascal. Blaise Pascal meninggal pada tahun 1662 di Paris karena kelumpuhan kaki - penyakit yangyang menemaninya dari tahun 1646.

Konsep tekanan

Sebelum mempertimbangkan hukum Pascal, mari kita berurusan dengan besaran fisik seperti tekanan. Ini adalah besaran fisis skalar yang menunjukkan gaya yang bekerja pada permukaan tertentu. Ketika gaya F mulai bekerja pada permukaan dengan luas A yang tegak lurus terhadapnya, maka tekanan P dihitung dengan menggunakan rumus berikut: P=F / A. Tekanan diukur dalam Sistem Internasional Satuan SI dalam pascal (1 Pa=1 N/m2), yaitu, untuk menghormati Blaise Pascal, yang mengabdikan banyak karyanya untuk masalah tekanan.

Jika gaya F bekerja pada permukaan A yang tidak tegak lurus, tetapi pada sudut tertentu terhadapnya, maka ekspresi untuk tekanan akan berbentuk: P=Fsin(α)/A, dalam hal ini Fsin(α) adalah komponen tegak lurus dari gaya F ke permukaan A.

Hukum Pascal

Dalam fisika, hukum ini dapat dirumuskan sebagai berikut:

Tekanan yang diterapkan pada zat fluida yang praktis tidak dapat dimampatkan, yang berada dalam kesetimbangan dalam bejana yang memiliki dinding yang tidak dapat dideformasi, diteruskan ke segala arah dengan intensitas yang sama.

Anda dapat memverifikasi kebenaran hukum ini sebagai berikut: Anda perlu mengambil bola berongga, membuat lubang di dalamnya di berbagai tempat, memasok bola ini dengan piston dan mengisinya dengan air. Sekarang, dengan menerapkan tekanan pada air dengan piston, Anda dapat melihat bagaimana air mengalir keluar dari semua lubang dengan kecepatan yang sama, yang berarti bahwa tekanan air di area setiap lubang adalah sama.

Cairan dan gas

Hukum Pascal dirumuskan untuk zat cair. Cairan dan gas termasuk dalam konsep ini. Namun, tidak seperti gas, molekul yang membentuk cairan terletak berdekatan satu sama lain, yang menyebabkan cairan memiliki sifat seperti inkompresibilitas.

Karena sifat inkompresibilitas cairan, ketika tekanan terbatas dibuat dalam volume tertentu, itu ditransmisikan ke segala arah tanpa kehilangan intensitas. Inilah tepatnya tentang prinsip Pascal, yang dirumuskan tidak hanya untuk fluida, tetapi juga untuk zat yang tidak dapat dimampatkan.

Mempertimbangkan pertanyaan tentang "tekanan gas dan hukum Pascal", dalam pengertian ini, harus dikatakan bahwa gas, tidak seperti cairan, mudah dimampatkan tanpa mempertahankan volume. Ini mengarah pada fakta bahwa ketika tekanan eksternal diterapkan pada volume gas tertentu, itu juga ditransmisikan ke segala arah dan arah, tetapi pada saat yang sama kehilangan intensitas, dan kehilangannya akan semakin kuat, semakin rendah kepadatannya. dari gas.

Jadi, prinsip Pascal hanya berlaku untuk media cair.

Prinsip Pascal dan mesin hidrolik

Prinsip

Pascal digunakan di berbagai perangkat hidrolik. Untuk menggunakan hukum Pascal dalam perangkat ini, rumus berikut ini berlaku: P=P₀+ρgh, di sini P adalah tekanan yang bekerja dalam cairan pada kedalaman h, - adalah densitas cairan, P₀ adalah tekanan yang diterapkan pada permukaan cairan, g (9, 81m/s^{2) - percepatan jatuh bebas di dekat permukaan planet kita.}

Prinsip pengoperasian mesin hidrolik adalah sebagai berikut: dua silinder yang berbeda diameter dihubungkan satu sama lain. Bejana kompleks ini diisi dengan beberapa cairan, seperti minyak atau air. Setiap silinder dilengkapi dengan piston sehingga tidak ada udara yang tersisa di antara silinder dan permukaan cairan di dalam bejana.

Asumsikan bahwa gaya tertentu F₁ bekerja pada piston dalam silinder dengan bagian yang lebih kecil, maka menghasilkan tekanan P₁ =F 1_/A1_{. Menurut hukum Pascal, tekanan P}1 _{akan langsung dipindahkan ke semua titik ruang di dalam cairan sesuai dengan rumus di atas. Akibatnya, tekanan P}1 _{dengan gaya F}2_=P1 _A 2_=F1_A2_/A1_{. Gaya F}2 _{akan berlawanan arah dengan gaya F}1_{, yaitu akan cenderung mendorong piston ke atas, sedangkan gaya akan lebih besar dari gaya F}1sama persis dengan perbedaan luas penampang silinder mesin.

Dengan demikian, hukum Pascal memungkinkan Anda mengangkat beban besar dengan gaya penyeimbang kecil, yang merupakan sejenis tuas Archimedes.

Aplikasi lain dari prinsip Pascal

Hukum yang dipertimbangkan digunakan tidak hanya pada mesin hidrolik, tetapi juga ditemukanaplikasi yang lebih luas. Di bawah ini adalah contoh sistem dan perangkat yang operasinya tidak mungkin jika hukum Pascal tidak valid:

• Dalam sistem rem mobil dan sistem ABS anti-lock yang terkenal, yang mencegah roda mobil menghalangi saat pengereman, yang membantu menghindari tergelincir dan tergelincirnya kendaraan. Selain itu, sistem ABS memungkinkan pengemudi untuk mempertahankan kendali kendaraannya saat melakukan pengereman darurat.
• Pada semua jenis lemari es dan sistem pendingin dimana zat kerja adalah zat cair (freon).