A hidrosztatikus paradoxon

author
7 minutes, 30 seconds Read

Ez a kifejezés annak az igazságnak a kimondására szolgált, hogy bármilyen kis vízoszlop bármilyen nagy súlyt képes felemelni, amit a vízhólyag néven ismert készülékkel kísérletileg kimutattak. Ez a tétel elméletileg helyes, bár alkalmazásának gyakorlati korlátai vannak. Az azonban mindig is rejtély volt számunkra, hogy miért kell ezt paradoxonnak tekinteni, éppúgy, mint a karok hatását. Elméletileg ugyanúgy igaz a karra, hogy bármilyen kis súlyt, bármilyen nagyot is emelhetünk vele, mint a vízhengert vagy a hidrosztatikus sajtót.Mindkét esetben a “virtuális sebességek” elve alapján az emelő test súlya, megszorozva a mozgást végző test távolságával, mindig megegyezik az emelt test súlyának és a mozgást végző test távolságának szorzatával, mivel a súrlódás feltételezhetően nem jelent semmit. És gyakorlatilag minden esetben a felemelő súlynak elég nehéznek kell lennie ahhoz, hogy legyőzze a berendezés súrlódását, legyen az fújtató vagy kar.Néhány levelezőnk fejtörést okoz a hidrosztatikus nyomás elmélete a Brahma sajtójára alkalmazva, és nem kevesebb, mint egy tucat megkeresés érkezett hozzánk ezzel a témával kapcsolatban. E cikkben igyekszünk határozottan válaszolni ezekre a kérdésekre. A téma csak akkor válik homályossá, amikor megpróbálunk visszanyúlni a természet törvényeihez, hogy kiderítsük, miért vannak a dolgok úgy, ahogy vannak. Mi arra az egyszerű kérdésre fogunk szorítkozni, hogy 7hogyan vannak. A folyadékok egyensúlyát Pascal a fent említett virtuális sebességek elvének tulajdonította. Ezt az elvet vagy természeti törvényt így fogalmazta meg: “Az egyensúlyban lévő erőknek egymáshoz olyanoknak kell lenniük, mint a sebességük”. Hozzátehetjük, hogy ha két erő olyan viszonyban van egymással, hogy a mozgás, amelyet mindkettő előidézni törekszik, a másikéval ellentétes irányú, és hogy a távolságok, amelyeken keresztül mindkettő mozogna, ha bármelyikükre további erő hatna, fordítottan egyenlőek lennének magukkal az erőkkel, akkor, hacsak az így egymáshoz viszonyított két erő közül egyiket vagy a másikat nem segítjük további erővel, egyik sem fog mozgást előidézni.Az így összefüggő két erőre példa két rugó, amelyek közül az egyiknek az ereje két font, a másiknak pedig négy font erejű, rögzített támasztékhoz vannak rögzítve, és egy gix láb hosszú kar végeire hatnak, amely az egyik végétől két lábra, a másiktól négy lábra elhelyezett forgásponton nyugszik – a kétfontos rugó a hosszabb karra, a négyfontos rugó pedig a rövidebb karra hat. Ebben az esetben nem történne mozgás, ha a rugók egyikét sem segítené egy további erő. A két erő egyensúlyban lenne.Most, amikor egy kis vízoszlop megtámaszt egy nagyobb oszlopot, a súlyuk két erő, amelyek pontosan így kapcsolódnak egymáshoz. Egyik oszlop sem tud leereszkedni anélkül, hogy a másik ne emelkedne,azaz ellentétes irányba mozogna, és a távolságok, amelyeken keresztül az oszlopok mozognának, fordítottan egyenlőek lennének a súlyukkal. Ahhoz, hogy bármelyikük mozoghasson, legalább az egyikre további erőnek kell hatnia, ami mindkettőben mozgást okoz. De az egyik oszlopra kifejtett végtelenül kicsi plusz erő is elegendő lenne az egyensúly megbontásához,hacsak valamilyen ellenállás vagy ellenhatás nem akadályozná meg azonnal a másik oszlop mozgását. Ráadásul a folyadékok tulajdonságai olyanok, hogy bármely két folyadékoszlop súlya, amelyet az alapjuknál egy folyékony közeg köt össze, változatlanul fenntartja az általunk leírt kapcsolatot, hacsak nem hat valamilyen más erő az egyik vagy mindkét oszlopra.Jelenlegi célunk szempontjából szükségtelen a kérdést bonyolítani a különböző részeken eltérő átmérőjű oszlopok vizsgálatával, mivel az itt említett oszlopok mindvégig egységes átmérőjűek.Továbbá, bár a virtuális sebességek e törvénye számos magyarázó kísérlet tárgyát képezte, ma sem tudunk róla többet, mint a gravitáció természetéről. Mindössze annyit tehetünk, hogy elismerjük a létezését, ahogyan a gravitációét is, minden más csak eredménytelen spekuláció lehet. brahma hidrosztatikus nyomása,két egyensúlyban lévő folyadékoszlop közül az egyikre további erőt gyakorol, hogy ne csak az egyensúlyt bontsa meg, hanem hogy legyőzze az ellentétes oszlop mozgásával szemben álló ellenerőt vagy ellenállást. Azt mondtuk, hogy két ilyen oszlopban a két erő, amikor nem alkalmazunk további erőt,az oszlopok súlya; de mivel az oszlopok súlya egymáshoz olyan, mint a keresztmetszeti területük.ezeket a területeket használhatjuk a két erő képviselőjeként, és kényelmesebb lesz így tekinteni őket. De mivel ezek a területek, ha geometriai szempontból hasonlóak, egymáshoz átmérőjük négyzeteként viszonyulnak, még kényelmesebben járhatunk el, ha ezeket tekintjük a két erő képviselőinek.Legyen egy hidrosztatikus prés kis oszlopának átmérője egy hüvelyk, a nagy oszlopé pedig két hüvelyk. Amikor ezek az oszlopok egyensúlyban vannak, a súlyok egymáshoz olyanok lesznek, mint a keresztmetszeti területeik, amelyek egymáshoz az átmérőjük négyzetével, vagy mint egy a négyhez. Itt egy egyes erő egyensúlyban van egy négyes erővel, egyszerűen azért, mert ezek olyan viszonyban vannak egymással, hogy ha bármelyik oszlopra ható további erő hatására mozgás következik be, akkor az egyiknek négyszer olyan messzire kell elmozdulnia az ellenkező irányba, mint a másiknak. Ebből következik, hogy mivel az ezen erő által keltett mozgást a két oszlopot az alapjuknál összekötő folyadékközegen keresztül kell továbbítani, és mivel ez a közeg az a feltétel, amely a két erő közötti sajátos kapcsolatot létrehozza, az alkalmazott erő és az általa leküzdött ellenállás közötti aránynak pontosan ugyanannak kell lennie, mint ami kezdetben a két oszlop között volt, így ha hat fontnyi erőt alkalmazunk a kisebb oszlop tetején nyugvó dugattyún keresztül, akkor az a nagyobb oszlop tetején nyugvó dugattyún keresztül alkalmazott huszonnégy fontnyi súlyt ellensúlyozza; és a nagyobb oszlop tetejére egy dugattyún keresztül kifejtett huszonnégy fontnál kisebb erő a kisebb dugattyú minden négy hüvelyknyi süllyedése után egy hüvelykkel megemelkedik.Ebből az is következik, hogy a kisebb dugattyú alól kiszorított folyadékmennyiség pontosan megegyezik a nagyobb hengerbe fecskendezett folyadékmennyiséggel,éshogy a kis dugattyú löketének mindig nagyobb távolságot kell megtennie, mint a nagyobb dugattyú mozgásának ugyanabban az időben, mivel a távolságok fordítottan arányosak az erőkkel. Az elv, amely e gép működésének alapjául szolgál, nevezetesen a virtuális sebességek elve, éppoly megváltoztathatatlan és kifürkészhetetlen, mint az anyag és az erő létezése.Itt van egy okunk arra is, hogy miért nem lehet a nagy hidrosztatikus erő, amelyet egy kis vízoszlop egy ilyen sajtóban kelt, gyorsabb mozgást létrehozni, mint amit maga a kis oszlop mozgása okozhat, és további és végső következtetésként, minél nagyobb a különbség a dugattyúk átmérője között, és minél nagyobb a sajtó ebből következő ereje, annál lassabb lesz a nagyobb dugattyú mozgása.

Mindezen tényeket kísérletekkel bizonyítottuk, és megmutattuk, hogy a virtuális sebességek törvénye elegendő a magyarázatukhoz. A virtuális sebességek törvénye elegendő a magyarázatukhoz.

Similar Posts

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.