Флуид е материален обект (материя), в който в условия на равновесие не възникват тангенциални напрежения. В резултат на това флуидите нямат постоянна форма и могат да се деформират и да текат. Казано по-просто, флуиди са течностите и газовете. Освен това те представляват две от трите основни агрегатни състояния на планетата Земя.
Физичната дисциплина, която се занимава с равновесието и движението на газовете и течностите се нарича механика на флуидите. Когато става дума само за течности, хидростатиката изследва равновесните процеси в несвиваемите течности, а хидродинамиката закономерностите в тяхното движение.
Закон на Паскал
Блез Паскал е бележит френски учен, който е формулира основният закон на хидростатиката кръстен на него – закон на Паскал, гласящ следното:
Външното налягане, приложено върху коя да е точка от несвиваем флуид в затворен съд, се предава без изменение в големината си на останалите точки от флуида и върху стените на съда.
Върху една течност в съд действат два вида сили: обемни и повърхностни. Обемните сили се разпределят по целия обем на флуида и са правопропорционални на масата му. Повърхностните сили се прилагат върху повърхността на отделен елемент и влияят на взаимодействието му с всички останали елементи. Обемна е силата на тежестта, а повърхностни са силите на натиск, които отделните елементи на флуида упражняват един върху друг.
Теоретична постановка
Закон на Паскал – теоретична постановка
В несвиваема течност намираща се в равновесие, можем мислено да отделим елемент с формата на куб. Ако се пренебрегне силата на тежестта, повърхностните сили (F), които действат върху всяка двойка срещулежащи стени, би следвало да се уравновесяват, защото течността е в равновесие по условие. Отсъствието на подобно уравновесяване би довело до придвижване на флуида по посока на по-голямата сила.
Тъй като елементът е куб, то всяка негова страна притежава еднаква с другите площ (S). От това следва, че налягането (р) върху всяка стена е еднакво, защото p = F/S. Същото важи и за външните сили, с които стените на съда оказват налягане (р0) върху течността (р = р0). Затова например, водата от душа, излиза под еднакво налягане от всички малки дупчици, независимо къде се намира всяка една от тях.
Хидравлична преса
От казанато по-горе следва, че ако се приложи налягане в отделна точка на течността, то ще се разпространи без изменение към всички точки от целия ѝ обем. Тази особеност е залегнала в основата на принципа, на базата на който функционира хидравличната преса.
хидравличната преса използва физичния закон на Паскал, за да печели сила
Както споменахме по-горе, налягането може да се изрази като отношение между приложената сила (F) към повърхността (S), върху която се прилага:
p = F/S [N/m2]
Приложено от малко по площ бутало с малка сила, то се предава еднакво във всички точки от флуида на пресата. Буталото в противоположния ѝ край, има значително по-голяма повърхност. И тъй като налягането е същото според закона на Паскал, то получената сила е правопропорционална на буталната площ. Т.е. тя е по-голяма, което означава, че се печели сила с помощта на хидравличната преса.
Естествено в природата чудеса не стават. Това ще рече, че работата (А) извършенана в лявата част на пресата е равна на тази в дясната. И тъй като едната сила е много по-голяма от друга, би следвало малкото бутало да измине пропорционално по-голямо разстояние (h) от голямото бутало.
A1 = F1h1 и A2 = F2h2;
Тъй като A1 е равно на A2 , следва:
F1h1 = F2h2 → h1 = F2h2/ F1
На горното изображение има втора хидравлична преса вдясно. Тя се различава от първата по това, че стълбът хидравлична течност под малкото бутало е по-висок с Δh. В този случай при изчисляването на F2 се добавя и хидростатичното налягане на участъка с височина Δh отнесен към площта на второто бутало: ρgΔh/S2, където ρ (ро) е плътността на течността, а g е земното ускорение. Цялото уравнение за втората сила е дадено на изображението.