اصلِ پاسکال
در تعمیرگاه، مکانیک با چند بار فشار دادنِ یک اهرمِ کوچک خودرویی یک‌ونیم‌تُنی را آن‌قدر بالا می‌برد که زیرش بایستد. راننده‌ها هم هر روز با فشارِ یک پا خودروی سنگینشان را از تندیِ زیاد می‌ایستانند. این نیروهای بزرگ از کجا می‌آیند؟
فشار در مایعِ محصور
تا حالا دیدیم که مایع به خاطرِ وزنش فشار می‌آورد. حالا فرض کنید مایعی را در ظرفی بسته، مثلاً در یک سرنگِ پر از آب که سرش بسته است، با پیستون فشار دهیم. مایع‌ها تقریباً فشرده نمی‌شوند؛ نمی‌شود آب را در جای کوچک‌تری چپاند. برای همین فشارِ اضافه‌ای که پیستون وارد می‌کند، بی‌آن‌که کم شود، به همه‌ی بخش‌های مایع و به همه‌ی دیواره‌های ظرف می‌رسد. این را اصلِ پاسکال می‌نامند.
اگر یک کیسه‌ی پلاستیکیِ پر از آب را سوزن‌سوزن کنید و یک سرش را بفشارید، آب از همه‌ی سوراخ‌ها بیرون می‌زند، نه فقط از سوراخ‌های نزدیکِ دستتان.
بالابرِ هیدرولیکی
دو استوانه با پهنای متفاوت را با لوله‌ای به هم وصل و از روغن پر می‌کنیم و در هر کدام یک پیستون می‌گذاریم. اگر پیستونِ باریک را با نیرویی کوچک فشار دهیم، فشاری در روغن ساخته می‌شود. همین فشار، بی‌کم‌وکاست، زیرِ پیستونِ پهن هم هست. اما پیستونِ پهن مساحتِ بیشتری دارد و چون نیرو = فشار × مساحت، نیرویی که روغن به آن وارد می‌کند خیلی بیشتر است.
نیروی پیستونِ کوچک ÷ مساحتِ پیستونِ کوچک = نیروی پیستونِ بزرگ ÷ مساحتِ پیستونِ بزرگ
مثال مساحتِ پیستونِ کوچکِ یک بالابر ۰٫۰۰۵ متر مربع و مساحتِ پیستونِ بزرگ ۰٫۲ متر مربع است، یعنی ۴۰ برابر. نیروی ۳۰۰ نیوتونی روی پیستونِ کوچک فشاری برابرِ ۳۰۰ ÷ ۰٫۰۰۵ = ۶۰٬۰۰۰ پاسکال می‌سازد. روی پیستونِ بزرگ، این فشار نیرویی برابرِ ۶۰٬۰۰۰ × ۰٫۲ = ۱۲٬۰۰۰ نیوتون وارد می‌کند؛ ۴۰ برابرِ نیروی دست، به اندازه‌ی وزنِ یک خودروی ۱٬۲۰۰ کیلوگرمی.
البته چیزی مجانی به دست نمی‌آید: پیستونِ کوچک باید ۴۰ برابر بیشتر پایین برود تا پیستونِ بزرگ اندکی بالا بیاید. برای همین مکانیک باید اهرم را بارها بالا و پایین کند.
ترمزِ هیدرولیکی
ترمزِ خودرو هم همین‌طور کار می‌کند. پدالِ ترمز پیستونِ کوچکی را در استوانه‌ای پر از روغنِ ترمز فشار می‌دهد. فشار از راهِ لوله‌های باریک به هر چهار چرخ می‌رسد و آن‌جا پیستون‌های بزرگ‌تری را هل می‌دهد که لنت‌ها را به صفحه یا کاسه‌ای می‌فشارند که با چرخ می‌چرخد. اصطکاکِ لنت‌ها چرخ را کند می‌کند.
هشدار
اگر در لوله‌های ترمز هوا وارد شود، ترمز «اسفنجی» و ضعیف می‌شود، چون هوا برخلافِ روغن فشرده می‌شود و فشار را خوب منتقل نمی‌کند. کارِ سیستمِ ترمز را فقط به تعمیرکارِ وارد بسپارید.
در خانه امتحان کنید
دو سرنگِ بی‌سوزن، یکی کوچک و یکی بزرگ، را با یک تکه شلنگِ باریکِ آکواریوم به هم وصل کنید و همه را از آب پر کنید تا حبابِ هوا نماند. پیستونِ کوچک را فشار دهید و کفِ دستتان را روی پیستونِ بزرگ بگذارید. بعد جایشان را عوض کنید. کدام را سخت‌تر می‌شود نگه داشت؟
واژه‌های این درس
- اصلِ پاسکال - فشاری که به مایعِ محصور وارد شود، بی‌کم‌وکاست به همه‌ی بخش‌های آن می‌رسد.
- پیستون - قطعه‌ای که درونِ استوانه جلو و عقب می‌رود و به مایع فشار می‌آورد.
- هیدرولیک - به کار گرفتنِ فشارِ مایع برای منتقل یا بزرگ کردنِ نیرو.
ایده‌ی اصلی
مایعِ محصور فشار را بی‌کم‌وکاست به همه جا می‌رساند. در بالابر و ترمزِ هیدرولیکی همین فشار روی پیستونِ پهن نیرویی چند برابرِ نیروی پیستونِ باریک می‌سازد.