ما هو مبدأ باسكال

مبدأ باسكال

يُعدّ مبدأ باسكال من أهم الحقائق المتعلقة بضغط المائع، الذي يعني أنّ أي تغير في الضغط في قسم من المائع ينتقل دون حدوث أي نقصان في الأقسام الأخرى منه، فمثلاً لو ارتفع ضغط بئر ماء تابع لإحدى المدن عند محطة الضخ بمقدار 10 وحدات ضغط، فسيزداد الضغط في جميع أنابيب نظام التوصيل بالمقدار نفسه وهو 10 وحدات ضغط، شرط أن يكون الماء ساكناً، وينصّ مبدأ باسكال على أنّه (إذا أثر ضغط خارجي في مائع محصور، فإن الضغط عند أي نقطة داخل المائع سوف يزداد بالمقدار نفسه من الضغط). اكتُشِف مبدأ باسكال من قبل العالم بليز باسكال، فسُمّي المبدأ بهذا الاسم نسبةً له وكان ذلك في القرن السابع عشر، كما سُمِّيت وحدة الضغط المعتمدة في النظام الدولي ( Sl) نسبة لاسمه، حيث إن كل واحد باسكال= واحد نيوتن لكل متر مربّع (1نيوتن/م²=1pa).^[١][٢]

تطبيقات على مبدأ باسكال

المكبس الهيدروليكي والرافعة الهيدروليكية

يُعدّ مبدأ باسكال أساس عمل المكبس الهيدروليكي، وللتوضيح لو تمّ ملء أنبوب بالماء على شكل حرف (U)، وثُبِّت مكبس عند طرفيه الأيمن والأيسر، فإن الضغط المؤثر على المكبس الأيسر سينتقل عبر السائل ليؤثر في الماء الموجود أسفل المكبس في الطرف الأيمن، وفي حال كانت فتحة الأنبوب من الطرف الأيمن أكبر وأوسع واستُخدِم مكبس ذو مساحة أكبر فسيكون التأثير حينها كبيراً، وعلى فرض أنّ مساحة المكبس الأيسر تساوي 100سم²، ومساحة المكبس الأيمن تساوي 5000سم²، هذا يعني أنّ مساحة المكبس الموجود على الطرف الأيمن تساوي خمسين ضعف مساحة المكبس الموجود على الطرف الأيسر، فلو وُضِع جسم وزنه 10كغ على المكبس الأيسر سيؤثر حينها وزن الكتلة عبر السائل على المكبس الأيمن، ولأن مساحة المكبس الموجود على الطرف الأيمن أكبر ويساوي 50 ضعف مساحة المكبس الموجود على الطرف الأيسر، فإنّ المكبس الأيمن باستطاعته تحمل كتلة 500كغ؛ أي ضعف الموجودة على المكبس الأصغر بخمسين مرة، ومن هنا يُستنتَج أنّه يمكن مضاعفة القوى من خلال مبدأ باسكال.^[٢]

وبصورة أخرى تستعمل الرافعة الهيدروليكية قوة صغيرة لتنتج عنها قوة كبيرة، ويكون ذلك بجعل مساحة المكبس الموضوع عند فتحة الخروج أكبر من مساحة المكبس الموضوع عند فتحة الدخول، وذلك على فرض أنّ المكبسين بالارتفاع نفسه، ومن ثم زيادة القوة عى مكبس الإدخال ( F_in ) وبناءاً على مبدأ باسكال (الضغط بالتساوي عبر المائع) فإن:^[١]

P_out =P_in

وبما أن الضغط =القوة/المساحة، فإن:

F_out/A_out=F_in/A_in

F_out/F_in=A_out/A_in، علماً بأن:

F_in: القوة على مكبس الإدخال.

F_out: القوة على مكبس الخروج.

A_in: مساحة مكبس الإدخال.

A_out: مساحة مكبس الخروج.

ρ: كثافة المائع.

حيث تُسمّى الكمية F_out/F_in (بالفائدة الآلية للرافعة الهيدروليكية)، فعلى سبيل المثال لو كانت مساحة مكبس الخروج ضعف مساحة مكبس الدخول بـ 20 مرة، معنى هذا أن القوة ستُضرب في معامل 20؛ أي أنّ القوة 200كغ قادرة على رفع جسم وزنه 4000كغ.^[١]

مكابح السيارة

يُعدّ نظام المكابح بالسيارة إحدى التطبيقات النموذجية الأخرى على مبدأ باسكال، فعندما يضغط السائق على دواسة المكابح، فإن الضغط الموجود في الأسطوانة الرئيسة يزيد، لنتنقل هذه الزيادة عبر السائل الموجود في المكابح، وبهذا فإن لبادات المكابح تُدفَع لتضغط على قرص مثبت العجلات.^[١]

رافعة السيارات

يُطبَّق مبدأ باسكال على جميع الموائع (الغازات والسوائل)، ومن أحد التطببقات المهمّة لمبدأ باسكال على الغازات هو رافعة السيارات المستخدمة في محطات غسيل السيارات وصيانتها؛ حيث تزيد ضغط الهواء المتكون من الضاغطة، ومن ثم ينتقل عبر الهواء إلى سطح الزيت الموجود تحت الأرض (في خزان)، ومن هنا يرحّل الزيت الضغط إلى المكبس الذي يرفع بدوره السيارة.^[٢]

الهيدروليك

تُعدّ الأنظمة الهيدروليكية أحد أبسط الأنظمة التي تُستعمَل لتقل القدرة باختلاف أشكالها، ويُعرَّف التحكم الهيدروليكي بأنه عملية نقل الحركة والقوة والتحكم فيها عن طريق الموائع المضغوطة، أمّا عن استعمالاتها فهي عديدة؛ حيث تُستخدَم لرفع الأجسام وحملها، وفي عمليات الإنتاج، والهيدروليك هو عبارة عن كلمة من أصول يونانيّة؛ تعني ترحيل القوة ونقلها عبر السوائل.^[٣]

تعريف بالعالم باسكال

بليز باسكال (Blaise pascal) هو رياضي وكاتب وفيلسوف فرنسي، وُلِد عام 1623م، كان يشكو من بعض الأمراض الصحية وهو في سن الثامنة عشرة من عمره، وبقي معتلّ الصحة إلى حين وفاته، صُنِّف بليز باسكال على أنه عالم؛ والسبب يعود لتأسيسه للهيدروليكا التي غيرت تقنيات طبيعية إلى حد كبير، كما عُدّ باسكال لاهوتياً بسبب الادّعاءات والمزاعم التي آمن بها، وخاصةً فيما يتعلق بالطبائع الإنسانية والدينية.^[٢][٤]

أما عن ابتكاراته وإنجازاته فقد قدم العديد من الإنجازات العلمية التي كان لها الأثر الواضح وخاصة في مجال الفيزياء والرياضيات؛ حيث صنع مبدأً سُمِّي بمبدأ باسكال الذي يعني تعادل السوائل، وأسّس أيضاً نظرية الاحتمالات، كما صنع أول آلة تجمع الأعداد وكان ذلك في عام 1642م، وعن معتقداته ومناهجه الدينية فكان يدعو إلى معرفة الله بواسطة القلب وليس بواسطة العقل، ومن أقواله الدينية: (إن الإيمان المسيحي يرضي جميع حاجات الإنسان ولا يناقض العقل)، وقد توفي بليز باسكال عام 1662م عن عمر يناهز التاسعة والثلاثين، ونُشِرت بعد وفاته بثماني سنوات أشهر آثاره الأدبية، وهو كتاب خواطر.^[٢][٤]

المراجع

1. ^ ^{أ ب ت ث} دوغلاس س. جيانكولي، الفيزياء: المبادئ والتطبيقات، صفحة: 295-260/ الفصل: 10-الموائع. بتصرّف.
2. ^ ^{أ ب ت ث ج} Paul G. Hewitt‏،John A. Suchocki‏،Leslie A. Hewitt ‏، مفاهيم العلوم الفيزيائية: Conceptual Physical Science، صفحة: 129-130. بتصرّف.
3. ↑ هيئة التدريس والتوجيه لمدرسة الورديان الفنية المتقدمة بالإسكندرية، الدوائر الهيدروليكية للصف الخامس-تخصص المعدات الهيدروليكية، صفحة: 2. بتصرّف.
4. ^ ^{أ ب} د. عزيزة فوال بابتي، موسوعة الأعلام (العرب والمسلمين والعالميين) 1-4 ج1، صفحة: 274. بتصرّف.