Das Pascalsche Prinzip ist ein Gesetz der Strömungsmechanik, das wie folgt formuliert ist:
Der auf eine Flüssigkeit oder ein Gas ausgeübte Druck überträgt sich auf alle Punkte der Flüssigkeit mit gleicher Intensität in alle Richtungen. Bei den mit dem Behälter in Kontakt stehenden Partikeln ist die Richtung des von der Flüssigkeit auf den Behälter ausgeübten Drucks senkrecht zur Oberfläche des Behälters.
Das Gesetz wurde 1653 vom französischen Wissenschaftler Blaise Pascal formuliert (veröffentlicht 1663).
Das Pascalsche Prinzip ist eine Folgerung aus dem Energieerhaltungssatz und gilt auch für kompressible Flüssigkeiten (Gase) und für eine Flüssigkeit im Schwerefeld. In einer bewegten Flüssigkeit kann dieses Prinzip jedoch nicht allgemein angewendet werden.
Pascals Hauptformel
Das Pascalsche Gesetz wird durch die Druckformel beschrieben:
P = F / S
wo:
-
P ist der Druck.
-
F ist die aufgebrachte Kraft,
-
S ist die Fläche, auf die die Kraft ausgeübt wird.
Druck wird in Newton pro Quadratmeter oder Pascal (Pa) gemessen, benannt nach dem Wissenschaftler, der das Gesetz entdeckte, Pascal.
Pascalsches Gesetz erklärt
Aus dieser Formel ist ersichtlich, dass eine Flüssigkeit, wenn sie mit zwei verschiedenen Oberflächen in Kontakt kommt, Rückwirkungen auf die Kräfte hat, die auf jede der Oberflächen ausgeübt werden.
Im Beispiel der Abbildung sehen wir eine inkompressible Flüssigkeit, die mit zwei verschiedenen Oberflächen in Kontakt ist.
An Punkt 1 haben wir, dass P 1 = F 1 /S 1 und an Punkt 2 haben wir, dass P 2 = F 1 /S 2 ist
Gemäß dem Gesetz von Pascal wissen wir, dass der Druck an einem Punkt gleich dem Druck ist, der auf den Rest der Flüssigkeit ausgeübt wird, daher sind Druck eins und zwei gleich. Wenn wir eine Kraft (F 1 ) auf die kleine Oberfläche (S 1 ) ausüben, erhalten wir einen Druck, der auf der anderen freien Oberfläche des Fluids (S 2 ) kompensiert werden kann. Da der Oberflächenbereich (S 2 ) größer ist, übt das Fluid eine größere resultierende Kraft auf die Fluidoberfläche aus, um das F/S-Verhältnis aufrechtzuerhalten.
Pascals Experiment
Die Wirkungen des Pascalschen Prinzips, entdeckt von dem französischen Physiker in seinem berühmten Fassexperiment von 1647.
Bei dem Experiment, das auch als „Pascalsches Paradoxon“ bekannt ist, steckte Pascal ein 10 m langes Standrohr in ein mit Wasser gefülltes Fass. In diesem Moment begann Pascal, Wasser in das vertikale Rohr zu gießen, bis es das Rohr selbst füllte, und beobachtete, dass das Wasser das Fass aufgrund der von der Wassersäule angesammelten Intensität zerbrach.
Beispiele für das Pascalsche Prinzip
Das Pascalsche Gesetz ist die Grundlage vieler Maschinenbauanwendungen, die wir in unserem Alltag sehen. Hier sind einige Anwendungsbeispiele und Anwendungen des Pascal-Prinzips:
-
Hydraulische Bremssysteme ermöglichen es, die Kraft, die wir auf die Bremse ausüben, zu vervielfachen, um sie auf die Räder zu übertragen.
-
Hydraulische Pressen nutzen dieses Gesetz, um den gesamten Druck auf einen Punkt zu konzentrieren, um hochkonzentrierte mechanische Arbeit an einem Punkt zu verrichten.
-
Ein hydraulischer Aufzug nutzt das gleiche Prinzip, um eine Masse von beträchtlichem Gewicht mit sehr geringem Kraftaufwand anheben zu können.
-
Der Arm eines Baggers nutzt das Pascal-Prinzip, um die Kraft vom Motor auf die Schaufel zu vervielfachen.