ของไหล

กฎของพาสคัล

“ถ้ามีของไหล (ของเหลวหรือแก๊ส) บรรจุในภาชนะปิดที่อยู่นิ่ง
เมื่อให้ความดันเพิ่มเข้าไปแก่ของไหล ณ ตำแหน่งใดๆความดันที่เพิ่มขึ้นจะถ่ายทอดไปทุกๆจุดในของเหลวนั้น”

จากรูปเป็นหลอดรูปตัวยูขาโตไม่เท่ากัน ภายในบรรจุของไหลที่ขาทั้งสองมีลูกสูบปิดสนิท
ขาข้างเล็กมีพื้นที่หน้าตัด a ส่วนขาข้างใหญ่มีพื้นที่หน้าตัด A
เมื่อออกแรงกด F ที่ลูกสูบเล็ก (ลูกสูบกด,ลูกสูบอัด) ทำให้ลูกสูบใหญ่ (ลูกสูบยก,ลูกสูบขยาย)
สามารถยกน้ำหนัก W ได้ ซึ่งเป็นหลักการทำงานของเครื่องกลผ่อนแรงที่รู้จักกันทั่วไปคือ เครื่องอัดไฮดรอลิก (hydraulic press)

จากกฎของพาสคัล

ความดันที่ใส่เพิ่มเข้าไป = ความดันที่ได้รับ
P ที่ a = P ที่ A

หรือ .........(1)

จากสมการที่ (1) เมื่อ A>a
ดังนั้น W>F แสดงว่าออกแรงกดน้อยได้แรงยกมาก ซึ่งเป็นหลักของเครื่องกลผ่อนแรง

จาก (1) เรียกว่า การได้เปรียบเชิงกลทางปฏิบัติ

เรียกว่า การได้เปรียบเชิงกลทางทฤษฏี

จาก(1) เมื่อไม่มีแรงเสียดทานภายนอกมากระทำ

ถ้ามีแรงเสียดทานภายนอกมากระทำ ค่าของ W จะได้น้อยกว่าที่ควรจะได้

ดังนั้น

แรงลอยตัว (Buoyant Force)

แรงลอยตัว มีค่าเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่ด้วยวัตถุ
ถ้าให้

r_L เป็นความหนาแน่นของของเหลว
F_B เป็น แรงลอยตัว
V_L เป็น ปริมาตรวัตถุส่วนที่จมในของเหลว
g เป็นค่าความเร่งโน้มถ่วงของโลก
mg เป็นน้ำหนักของวัตถุในอากาศ

ศึกษาหลักของอาร์คิมีดิส จาก Flash Animation
แรงกระทำต่อวัตถุขณะลอยอยู่ในของเหลว Forces on a submerged body
สมดุลของแรงที่กระทำต่อวัตถุ Equilibrium of a submerged body
ของเหลวสองชนิด Mixing Liquids

ในกรณีวัตถุจม

ขนาดแรงลอยตัว = ขนาดน้ำหนักของเหลวที่มีปริมาตรเท่าวัตถุ

ในกรณีวัตถุลอย

ขนาดแรงลอยตัว = ขนาดน้ำหนักของเหลวที่มีปริมาตรเท่าวัตถุส่วนที่จมในของเหลว

ประโยชน์ของแรงลอยตัว

1 แรงลอยตัว แรงลอยตัวคือแรงที่ช่วยพยุงวัตถุไม่ให้จมลงไปในของ เหลว โดยมีขนาดขึ้นอยู่กับ ความหนาแน่นของของเหลว นั้น และปริมาตรของงวัตถุส่วนที่จมลงไปในของเหลว ความหนาแน่นของวัตถุ คือ อัตราส่วนระหว่างปริมาตรและน้ำหนักของวัตถุ โดยวัตถุที่ มีความหนาแน่นมากกว่าจะมีน้ำหนักมากกว่าเมื่อเปรียบ เทียบ ในปริมาตรที่เท่ากัน • วัตถุจะไม่จมลงไปในของเหลวเมื่อวัตถุนั้นมีความหนาแน่นน้อยกว่าของเหลว • วัตถุจะลอยปริ่มของเหลวเมื่อวัตถุนั้นมีความหนาแน่นใกล้เคียงกับของเหลว • วัตถุจะจมลงไปในของเหลวเมื่อวัตถุนั้นมีความหนาแน่นมากกว่าของเหลว 2 ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับแรงลอยตัว ได้แก่ 1. ชนิดของวัตถุ วัตถุจะมีความหนาแน่นแตกต่างกันออกไปยิ่งวัตถุมีความหนาแน่นมาก ก็ยิ่งจมลงไปในของเหลวมากยิ่งขึ้น 2. ชนิดของของเหลว ยิ่งของเหลวมีความหนาแน่นมาก ก็จะทำให้แรงลอยตัวมีขนาดมากขึ้นด้วย 3. ขนาดของวัตถุ จะส่งผลต่อปริมาตรที่จมลงไปในของเหลว เมื่อปริมาตรที่ จมลงไปในของเหลวมาก ก็จะทำให้แรงลอยตัวมีขนาด มากขึ้นอีกด้วย ประโยชน์ของแรงลอยตัว ใช้ในการประกอบเรือไม่ให้จมน้ำ