Ciśnienie i prawo Pascala

Ciśnienie jest skalarną wielkością fizyczną, określa stosunek wartości siły nacisku (parcia), działającej prostopadle do powierzchnia, do tej powierzchni.

Ciśnienie można wyrażać przy pomocy kilku jednostek, są to miedzy innymi: paskal [1Pa=1N/1m²], bar, atmosfera techniczna [at], atmosfera fizyczna [atm], tor [mm Hg].

Parcie jest to siła, jaką ciało fizyczne działa na powierzchnię i jest ona skierowana prostopadle do tej powierzchni. Jednostką parcia są newtony N.

Jednostką ciśnienia w układzie SI jest paskal, 1 Pa = 1N/1m².

Bar jest już obecnie raczej nieużywaną jednostką ciśnienia, 1 bar = 1000 mbar = 105Pa.

Pomiaru ciśnienia można dokonać przy pomocy: barometru, manometru, wakuometru.

Ciśnienie hydrostatyczne (P_h) w płynie w obecności oddziaływania grawitacyjnego zależy od głębokości, na jakiej chcemy dokonać jego pomiaru, czyli im większa głębokość tym wyższe panuje tam ciśnienie.

P_h = P_o + h C_w

Gdzie: P_o oznacza ciśnienie odniesienia, h jest różnicą pomiędzy poziomem odniesienia i danego i może być ujemne, gdy poziom odniesienia znajduje się niżej od danego, C_w jest ciężarem właściwym danego płynu.

Do opisu ciśnienia w pływającej cieczy stosujemy równania Bernoulliego.

Zarówno w cieczach jak i w gazach ciśnienie rozchodzi się jednakowo we wszystkich kierunkach.

Ciśnienie wywierane przez siły zewnętrzne na ciecz, czy gazie jest jednakowe w każdym punkcie.

Jeśli ktoś kiedyś pływał w morzu czy w basenie i próbował nurkować, to na własnej skórze odczul, że im głębiej nurkował w wodzie, tym ciśnienie odczuwalne przez niego było większe, zatem można przyjąć wniosek, iż zależy ono od głębokości. Głębokość zaś to inaczej wysokości słupa cieczy. Jeśli natomiast nurkujemy w bardzo słonej wodzie, to wysokie ciśnienie odczujemy już na znacznie mniejszych głębokościach.

Ciśnienie hydrostatyczne zależy nie tylko od wysokości słupa cieczy, ale także od jej gęstości. Zależności tą można przedstawić w postaci:

p = ρ · g · h ,

gdzie: p jest szukanym ciśnieniem hydrostatycznym, ρ oznacza gęstość badanej cieczy, h zaś wysokość słupa tej cieczy, a g jest przyspieszeniem ziemskim.

B. Pascal jako pierwszy w 1651 roku teoretycznie opracował maszynę, która miała zwielokrotnić siłę nacisku. Maszyna taka nosi nazwę prasy hydraulicznej.

Przy pomocy takiej prasy hydraulicznej można na przykład modelować kształty różnych elementów wykonywanych z blachy i podobnych materiałów. Hamulce hydrauliczne w samochodach także działają na zasadzie opartej o prawo Pascala.

Wyobraźmy sobie, że mamy naczynie wypełnione wodą. W naczyniu są niewielkie otwory, przez które woda powoli wypływa. Jeśli naczynie to przykryjemy tłokiem, a następnie zadziałamy na niego siłą w kierunku środka, to przez te otworki woda zacznie tryskać w jednakowy sposób we wszystkich kierunkach prostopadle do ścian naczynia. Wniosek jest taki, że ciśnienie wywierane na wodę powoduje, że ciecz ta działa w podobny sposób na ściany naczynia.

Prawo Paskala mówi więc, że jeśli na ciecz (lub gaz) zamkniętą w jakimś zbiorniku będziemy wywierać pewne ciśnienie zewnętrzne, to będzie się ono rozchodzić we wszystkich kierunkach jednakowo i będzie równe ciśnieniu zewnętrznemu.