Lei de Pascal: fórmula, formulação e aplicação

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Lei de Pascal: fórmula, formulação e aplicação
Lei de Pascal: fórmula, formulação e aplicação
Anonim

O famoso filósofo, matemático e físico francês do século XVII Blaise Pascal deu uma importante contribuição para o desenvolvimento da ciência moderna. Uma de suas principais realizações foi a formulação da chamada lei de Pascal, que está associada à propriedade das substâncias fluidas e à pressão criada por elas. Vamos dar uma olhada nessa lei.

Breve biografia do cientista

Retrato de Blaise Pascal
Retrato de Blaise Pascal

Blaise Pascal nasceu em 19 de junho de 1623 em Clermont-Ferrand, França. Seu pai era vice-presidente de arrecadação de impostos e matemático, e sua mãe pertencia à classe burguesa. Desde jovem, Pascal começou a mostrar interesse em matemática, física, literatura, línguas e ensinamentos religiosos. Ele inventou uma calculadora mecânica que podia realizar adição e subtração. Ele passou muito tempo estudando as propriedades físicas dos corpos fluidos, bem como desenvolvendo os conceitos de pressão e vácuo. Uma das importantes descobertas do cientista foi o princípio que leva seu nome - a lei de Pascal. Blaise Pascal morreu em 1662 em Paris devido à paralisia das pernas - uma doença queque o acompanhou desde 1646.

Conceito de pressão

Antes de considerar a lei de Pascal, vamos lidar com uma quantidade física como a pressão. É uma grandeza física escalar que denota a força que atua sobre uma determinada superfície. Quando uma força F começa a agir sobre uma superfície de área A perpendicular a ela, então a pressão P é calculada usando a seguinte fórmula: P=F / A. A pressão é medida no Sistema Internacional de Unidades SI em pascal (1 Pa=1 N/m2), ou seja, em homenagem a Blaise Pascal, que dedicou muitos de seus trabalhos a a questão da pressão.

Se a força F age sobre uma dada superfície A não perpendicularmente, mas em algum ângulo α em relação a ela, então a expressão para a pressão terá a forma: P=Fsin(α)/A, neste caso Fsin(α) é a componente perpendicular da força F à superfície A.

Lei de Pascal

Em física, esta lei pode ser formulada da seguinte forma:

A pressão aplicada a uma substância fluida praticamente incompressível, que está em equilíbrio em um recipiente de paredes não deformáveis, é transmitida em todas as direções com a mesma intensidade.

Você pode verificar a exatidão desta lei da seguinte forma: você precisa pegar uma esfera oca, fazer furos em vários lugares, fornecer a essa esfera um pistão e preenchê-la com água. Agora, aplicando pressão na água com o pistão, você pode ver como ela sai de todos os furos na mesma velocidade, o que significa que a pressão da água na área de cada furo é a mesma.

Demonstração da Lei de Pascal
Demonstração da Lei de Pascal

Líquidos e gases

A lei de Pascal é formulada para substâncias fluidas. Líquidos e gases se enquadram neste conceito. No entanto, ao contrário dos gases, as moléculas que formam um líquido estão localizadas próximas umas das outras, o que faz com que os líquidos tenham a propriedade de incompressibilidade.

Devido à propriedade de incompressibilidade de um líquido, quando uma pressão finita é criada em um determinado volume dele, ela é transmitida em todas as direções sem perda de intensidade. É exatamente disso que trata o princípio de Pascal, que é formulado não apenas para fluidos, mas também para substâncias incompressíveis.

Considerando a questão da "pressão do gás e da lei de Pascal", a esta luz, deve-se dizer que os gases, ao contrário dos líquidos, são facilmente comprimidos sem reter volume. Isso leva ao fato de que, quando uma pressão externa é aplicada a um certo volume de gás, ela também é transmitida em todas as direções e direções, mas ao mesmo tempo perde intensidade e sua perda será tanto mais forte quanto menor for a densidade do gás.

Assim, o princípio de Pascal é válido apenas para meios líquidos.

Princípio Pascal e máquina hidráulica

Princípio de funcionamento da máquina hidráulica
Princípio de funcionamento da máquina hidráulica

O princípio de Pascal é utilizado em diversos dispositivos hidráulicos. Para utilizar a lei de Pascal nestes dispositivos, vale a seguinte fórmula: P=P0+ρgh, aqui P é a pressão que atua no líquido na profundidade h, ρ - é a densidade do líquido, P0 é a pressão aplicada à superfície do líquido, g (9, 81m/s2) - aceleração de queda livre perto da superfície do nosso planeta.

O princípio de funcionamento de uma máquina hidráulica é o seguinte: dois cilindros de diâmetros diferentes são conectados um ao outro. Este recipiente complexo é preenchido com algum líquido, como óleo ou água. Cada cilindro é fornecido com um pistão para que nenhum ar permaneça entre o cilindro e a superfície do líquido no recipiente.

Assuma que uma certa força F1 atua em um pistão em um cilindro com uma seção menor, então cria pressão P1 =F 1/A1. De acordo com a lei de Pascal, a pressão P1 será instantaneamente transferida para todos os pontos do espaço dentro do líquido de acordo com a fórmula acima. Como resultado, a pressão P1 com a força F2=P1 A 2=F1A2/A1. A força F2 terá direção oposta à força F1, ou seja, tenderá a empurrar o pistão para cima, enquanto será maior que a força F1 exatamente tantas vezes quanto a área da seção transversal dos cilindros da máquina difere.

máquina hidráulica
máquina hidráulica

Assim, a lei de Pascal permite levantar grandes cargas com pequenas forças de equilíbrio, que é uma espécie de alavanca de Arquimedes.

Outras aplicações do princípio de Pascal

Sistema de travagem antibloqueio dos carros
Sistema de travagem antibloqueio dos carros

A lei considerada é utilizada não apenas em máquinas hidráulicas, mas encontraaplicação mais ampla. Abaixo estão exemplos de sistemas e dispositivos cuja operação seria impossível se a lei de Pascal não fosse válida:

  • Nos sistemas de freios dos carros e no conhecido sistema antibloqueio ABS, que evita que as rodas do carro bloqueiem durante a frenagem, o que ajuda a evitar derrapagens e derrapagem do veículo. Além disso, o sistema ABS permite que o motorista mantenha o controle do veículo quando este realiza uma frenagem de emergência.
  • Em qualquer tipo de refrigerador e sistema de refrigeração onde a substância de trabalho é uma substância líquida (freon).

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