مجموعة أمثلة لا ينطبق على مبدأ باسكال

كتابة: نورهان ناصر آخر تحديث: 03 أكتوبر 2021 , 16:17

أمثلة لا ينطبق عليها مبدأ باسكال

  • الغازات
  • المواد الصلبة

لا ينطبق مبدأ باسكال على المثالين السابقين (الغازات والمواد الصلبة)، حيث ينطبق مبدأ باسكال (أو قانون باسكال ) فقط على السوائل الساكنة وذلك نتيجة الاستفادة من ارتفاع تبعية الضغط في السوائل الساكنة.

سمي هذا المبدأ على اسم عالم الرياضيات الفرنسي بليز باسكال، الذي أسس هذه العلاقة المهمة، ويمكن استخدام مبدأ باسكال لاستغلال ضغط السائل الساكن كمقياس للطاقة لكل وحدة حجم لأداء العمل في تطبيقات مثل المكابس الهيدروليكية،  من الناحية النوعية، ينص مبدأ باسكال على أن الضغط ينتقل غير منقوص في سائل ثابت مغلق.

لماذا لا ينطبق مبدأ باسكال على الغازات والمواد الصلبة

يُشتق قانون باسكال من التعبير عن تحديد الضغط عند ارتفاع معين (أو عمق) داخل مائع ويتم تعريفه بواسطة مبدأ باسكال كالآتي: “يتم توصيل التغيير في الضغط المنقول إلى سائل محصور بشكل غير متساوٍ إلى جميع أجزاء السائل بالإضافة إلى جدران الحاوية”.

بعد أن أجرى العالم الفرنسي الشهير باسكال عشرات التجارب على السائل، أستنتج ان القانون الخاص به، أو كما هو معروف، مبدأ باسكال، ينطبق على السائل فقط ولكن لماذا لا ينطلق مبدأ باسكال على الغازات والمواد الصلبة؟ من المستحيل تطبيق مبدأ باسكال على الغاز لأن تركيبة الغاز تقوم على وجود مسافات بين الجزيئات، وتركيبة المواد الصلبة حيث لن يكون هناك قابلية لانتقال الضغط فى المادة الصلبة كما يتطلب القانون.

ترجع أهمية الضغط في السوائل إلى مبدأ باسكال، وهي حقيقة مثبتة تجريبياً، غالبًا ما نعرف المزيد عن الضغط أكثر من الكميات الفيزيائية الأخرى في السوائل لأن التغيير في الضغط ينتقل غير منقوص في سائل مغلق، علاوة على ذلك، فإن الضغط الكلي في السائل هو مجموع الضغوط من عدة مصادر، وفقًا لمبدأ باسكال، هذه الحقيقة – التي تضيفها الضغوط – ستكون ذات قيمة كبيرة بالنسبة للعلماء.

الضغط وفقا لمبدأ باسكال

يتم تعريف الضغط العام على أنههو القوة لكل وحدة مساحة، ولكن هل يمكن زيادة الضغط في سائل بالضغط عليه مباشرة؟ نعم، لكنها أسهل كثيرًا عندما يتم احتواء السائل، في النظام المغلق، على سبيل المثال، يرفع القلب ضغط الدم عن طريق الضغط مباشرة على الدم (الصمامات تغلق في غرفة)، أما الضغط على سائل في نظام مفتوح، مثل النهر، يتسبب في تدفق السائل بعيدًا.

نظرًا لأن السائل المحصور لا يمكنه الهروب، يمكن زيادة الضغط ببساطة عن طريق تطبيق القوة، ماذا يحدث عندما يتم الضغط على سائل مغلق؟ نظرًا لأن الذرات الموجودة في السائل تتمتع بحرية الحركة، ينتقل الضغط إلى جميع أجزاء السائل بالإضافة إلى جدران الحاوية، وبشكل ملحوظ، ينتقل الضغط غير منقوص، ومن هنا جاء مبدأ باسكال.[1]

أمثلة على مبدأ باسكال

كما ذكرنا تنطبق قاعدة باسكال (أو قانون باسكال ) على السوائل الساكنة حيث يستفيد من ارتفاع تبعية الضغط في السوائل الساكنة، ويمكن استخدام مبدأ باسكال لاستغلال ضغط السائل الساكن كمقياس للطاقة لكل وحدة حجم لأداء العمل في تطبيقات مثل المكابس الهيدروليكية وفيما يلي أهم التطبيقات على مبدأ باسكال:

  • المكابح

يعد النظام الهيدروليكي وهو نظام مائع مغلق يستخدم لممارسة القوى، أحد أهم التطبيقات التكنولوجية لمفهوم باسكال، وتعتبر الأنظمة الهيدروليكية التي تتحكم في مكابح السيارات هي الأكثر شيوعًا، لنبدأ بالنظام الهيدروليكي الأساسي، تعد آلية الكبح الهيدروليكي التي تظهر في السيارات أحد أكثر الرسوم التوضيحية شيوعًا لقانون باسكال، يسري مبدأ قانون باسكال في كل مرة ترى فيها سيارة تتوقف.

يتكون نظام الكبح في السيارات من عدة مكونات، يتحرك المكبس والقضيب الموجودان في الأسطوانة الرئيسية عند الضغط على دواسة الفرامل، ينتقل الضغط من دواسة الفرامل إلى عجلات السيارة مقابل أقراص المكابح أو براميل المكابح بواسطة سائل يعرف باسم الفرامل أو السائل الهيدروليكي الذي يتم تغليفه في الحاوية، تتوقف السيارة بسبب قوة الاحتكاك بين مكونات القوة هذه، وتوجد الفرامل الهيدروليكية في السيارات والدراجات النارية والشاحنات.

  •  النظام الهيدروليكي للطائرات

يطبق قانون باسكال على النظام الهيدروليكي للطائرة، حيث يساعد نظام الطاقة الهيدروليكية في إدارة اللوحات ، ومعدات الهبوط، وأسطح التحكم في الطيران، فضلاً عن المساعدة في إبطاء الطائرات على المدارج.

تعتبر ثلاثة مكونات ميكانيكية مهمة والسوائل الهيدروليكية تشكل نظامًا هيدروليكيًا للطائرة، حتى الحجم الصغير من السائل الهيدروليكي يمكن أن يساعد في نقل قوة كبيرة، حيث توجد ضغوط مختلفة في السائل الهيدروليكي عند ملامسة الأسطوانات / المكابس، يمكن ضخ الزيت إلى أي من جانبي رأس المكبس لأنه عند ضغط أعلى، يستخدم صمام الاختيار للتحكم في اتجاه تدفق السائل.

قانون الضغط الهيدروليكي

كما هو مذكور في مبدأ باسكال، فإن الضغط المطبق على سائل ثابت في حاوية مغلقة ينتقل عبر السائل بأكمله، للاستفادة من هذه الظاهرة، فإن المكابس الهيدروليكية قادرة على ممارسة قدر كبير من القوة التي تتطلب كمية أقل بكثير من قوة الإدخال.

يعطي نوعين مختلفين من تكوينات الضغط الهيدروليكي، الأول الذي لا يوجد فيه اختلاف في ارتفاع السائل الساكن والثاني حيث يوجد اختلاف في ارتفاع Δh للسائل الساكن،في التكوين الأول، يتم تطبيق القوة F 1 على سائل ثابت ذي كثافة عبر مساحة سطح ملامسة A 1 ، مما ينتج عنه ضغط إدخال قدره P 2،  على الجانب الآخر من تكوين الضغط، يمارس المائع ضغط إخراج P 1 عبر مساحة سطح التلامس A 2، حيث A 2 > A 1 .

وفقًا لمبدأ باسكال ، P 1 = P 2 ، ينتج عن السائل الساكن لـ F 2 ، حيث F 2 > F 1، اعتمادًا على الضغط المطبق وهندسة المكبس الهيدروليكي، يكون حجم F 2من الممكن تغييرها، في التكوين الثاني، تكون هندسة النظام هي نفسها، باستثناء أن ارتفاع المائع على طرف الخرج هو ارتفاع أقل من ارتفاع المائع عند طرف الإدخال، يساهم الاختلاف في ارتفاع المائع بين المدخلات ونهايات المخرجات في القوة الكلية التي يمارسها السائل، بالنسبة للضغط الهيدروليكي، فإن عامل مضاعفة القوة هو نسبة المخرجات إلى مناطق التلامس المدخلة.[2]

نبذة عن بليز باسكال صاحب مبدأ وقانون باسكال

كانت حياة بليز باسكال فريدة من نوعها من حيث أنه تلقى تعليمه في المنزل من قبل والده، الذي صادر جميع كتب الرياضيات المدرسية من منزله ومنعه من دراسة الرياضيات حتى بلغ الخامسة عشرة من عمره، أثار هذا اهتمام الصبي، وبحلول سن الثانية عشرة، بدأ يعلم نفسه الهندسة، على الرغم من فقره المبكر، استمر باسكال في تقديم مساهمات كبيرة في نظرية الاحتمالات، ونظرية الأعداد، والهندسة في الرياضيات، بالإضافة إلى إنجازاته في موضوع إحصائيات السوائل ، فقد اشتهر بكونه مطور أول آلة حاسبة رقمية ميكانيكية.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى
error: