قانون باسكال

ما هو قاون باسكال

قام العالم باسكال بالعديد من التجارب على الموائع أو السوائل المحصورة، فتساءل باسكال عن ما الذي يحدث عندما نقوم ببذل ضغط خارجي على مائع محصور، وأنّه كيف سيكون سلوك هذا المائع، فوجد باسكال أنّه عندما نبذل ضغطاً خارجياً على مائع محصور فإّن ضغط هذا المائع يزداد بمقدار الضغط الخارجي الواقع عليه، وبالتالي فإنّ ضغط هذا المائع سوف يزداد على جدران الوعاء الموجود فيه وينتقل إلى جميع أجزاء الوعاء بنفس المقدار.

وسمّيت هذه الظاهرة بمبدأ باسكال والذي ينص على أنّه إذا وقع ضغط خارجي على مائع محصور فإنّ هذا الضغط سينتقل إلى جميع أجزاء المائع بالتساوي وبالتالي فإنّ الضغط الواقع على جميع جدران الوعاء يكون متساوياً.

الصيغة الرياضية لقانون باسكال

يُمكن توضيح الصيغة الرياضية لقانون باسكال كالآتي:

 F 

ــــــــــ =P

 A 

حيث إن: P: تعني الضغط.

F: تعني القوة.

A: تعني المساحة.

تطبيقات علمية على مبدأ باسكال

هنالك العديد من التطبيقات العلمية التي استفادت من فكرة ومبدأ باسكال ومن أشهر هذه التطبيقات:

المكبس الهيدروليكي

وهو عبارة عن أسطوانتين مختلفتين في المساحة ومتصلتين معاً، ويستخدم المكبس الهيدروليكي بشكل كبير في محطات غسيل وصيانة السيارات، حيث يعتمد على فكرة انتقال تأثير الضغط إلى جميع أجزاء السائل المحصور داخل المكبس بالتساوي، وبالتالي نستطيع رفع أثقال كبيرة جداً باستخدام أوزان صغيرة، حيث تكون العلاقة بين الأوزان الموضوعة على المكبس كالتالي: الوزن الأول×مساحة الأسطوانة الصغرى=الوزن الثاني×مساحة الأسطوانة الكبرى.

• الوزن الأول: عبارة الجسم الذي نريد رفعه مثل السيارة أو الشاحنة وغيرها من الأوزان.
• الوزن الثاني: عبارة عن الأثقال المستخدمة لرفع هذه الأجسام.
• الأسطوانة الصغرى: هي التي نضع عليها الأثقال.
• الأسطوانة الكبرى: هي التي نضع عليها الأجسام المراد رفعها.

الفرامل الهيدروليكية

تعتبر الفرامل أو ما يعرف بالكوابح من أشهر تطبيقات مبدأ باسكال حيث تستخدم هذه الفرامل لإيقاف والتخفيف من سرعة السيارات والشاحنات المتحركة عند الضغط عليها، حيث عند الضغط على الدواسة المتصلة بالمكابح فإن هذا الضغط ينتقل بالتساوي عبر السائل المحصور إلى الفحمات المتّصلة بالعجلات مما يؤدي إلى احتكاك هذه الفحمات مع العجلة، وبالتالي يتم تخفيف سرعة السيارة أو إيقافها.

مسائل تدريبية على قانون باسكال

فيما يلي مسائل تدريبية على قانون باسكال:

• ينتقل ضغط مقداره 1600 باسكال عبر عمود سائل بسبب القوة المؤثرة على المكبس، اذا كانت مساحة المكبس 0.2 م ، فما القوة المؤثرة فيه؟ الحل:
  • يتبين من المعطيات أن الضغط يساوي 1600 باسكال، والمساحة تساوي 0.2  م
  • بتعويض المعطيات في القانون، من خلال ايجاد حاصل ضرب الضغط في المساحة تنتج القوة، أي أن القوة = 1600*0.2
  • يتبين أنّ القوة = 320 نيوتن.

• مكبس مساحته 0.4  م تؤثر عليه قوة مقدارها 200 نيوتن، ما مقدار الضغط الذي ينتقل عبر العمود السائل فيه؟ الحل:
  • يتبين من المعطيات أن مقدار القوة تساوي 200 نيوتن، وأن المساحة تساوي 0.4  م
  • بتعويض المعطيات ومن خلال قسمة القوة على المساحة يظهر مقدار الضغط، أي أن الضغط = 200 / 0.4
  • بعد تعويض المعطيات وايجاد الناتج يتبين أن مقدار الضغط هو 500 باسكال.

• مكبس مساحته 0.6  م تؤثر عليه قوة مقدارها 180 نيوتن، ما مقدار الضغط الذي ينتقل عبر العمود السائل فيه؟ الحل:
  • يتبين من المعطيات أن مقدار القوة تساوي 180 نيوتن، وأن المساحة تساوي 0.6  م2
  • بتعويض المعطيات ومن خلال قسمة القوة على المساحة يظهر مقدار الضغط، أي أن الضغط = 180 / 0.6
  • بعد تعويض المعطيات وايجاد الناتج يتبين أن مقدار الضغط هو 300 باسكال.

الخلاصة

قانون باسكال، من أحد قوانين ميكانيكا الموائع، سمي بهذا الاسم نتيجة للعالم الذي اكتشفه وهو العالم باسكال، حيث يشير هذا القانون إلى أن الضغط الذي يقع على أي جزء من سائل محصور في وعاء مغلق ينتقل بكامله وبشكل منتظم إلى جميع أجزاء السائل وفي جميع الاتجاهات، كما ويشار إلى أن هناك الكثير من التطبيقات العملية على هذا القانون مثل المكبس الهيدروليكي والفرامل الهيدرولوكية وغيره.