Tonel van Pascal hoe het werkt en experimenten

Hij Tonel van Pascal Het was een experiment uitgevoerd door de Franse wetenschapper Blaise Pascal in 1646 om definitief aan te tonen dat de druk van een vloeistof op dezelfde manier zich op dezelfde manier verspreidt, ongeacht de vorm van de container.

Het experiment bestaat uit het vullen van een vat met een dunne en zeer hoge buis, perfect aangepast aan de vullende mond. Wanneer de vloeistof een geschatte hoogte van 10 meter bereikt (hoogte -equivalent aan 7 gestapelde vaten).

Pascal's vat illustratie. Bron: Wikimedia Commons.

De sleutel tot het fenomeen is om het concept van druk te begrijpen. De druk P die een vloeistof op een oppervlak uitoefent, is de totale kracht F Op dat oppervlak verdeeld tussen het gebied NAAR van genoemde oppervlak:

P = f/a

[TOC]

Hoe werkt de vaten van Pascal?

Laten we, om de fysieke principes van het experiment van Pascal te begrijpen, de druk berekenen op de bodem van een vat wijn die met water zal worden gevuld. Voor meer eenvoud van de berekeningen zullen we het op een cilindrische manier aannemen met de volgende afmetingen: diameter 90 cm en hoge 130 cm.

Zoals gezegd, de druk P Op de achtergrond is de totale kracht F Op de achtergrond, verdeeld tussen het gebied NAAR Van de bodem:

P = f/a 

Het gebied NAAR van de achtergrond is PI -tijden (πы3,14) de radio R van het vierkant verhoogde:

A = π⋅r^2

In het geval van het vat zal het 6362 cm^2 zijn equivalent aan 0,6362 m^2.

De kracht F Aan de onderkant van het vat zal dit het gewicht van het water zijn. Dit gewicht kan worden berekend door de dichtheid te vermenigvuldigen ρ water als gevolg van het volume water en door de versnelling van de zwaartekracht G.

Kan u van dienst zijn: adres (fysiek)

F = ρ⋅a⋅h⋅G

In het geval van de tonge vol water hebben we:

F = ρ⋅a⋅H⋅G = 1000 (kg/m^3) ⋅0.6362 m^2⋅1.30 m⋅10 (m/s^2) = 8271 n.

De kracht is berekend in Newton en is gelijk aan 827 kg-F, een waarde vrij dicht bij een ton. De druk aan de onderkant van het vat is:

P = f / a = 8271 n / 0.6362 m^2 = 13000 pa = 13 kPa.

De druk is berekend in Pascal (PA), wat de drukeenheid is in het internationale systeem van maatregelen als. Een drukatmosfeer is gelijk aan 101325 PA = 101.32 kPa.

Druk aan de onderkant van een verticale buis

Overweeg een buis van 1 cm in de binnendiameter en met een hoogte gelijk aan die van een vat, dat wil zeggen 1,30 meter. De buis wordt verticaal geplaatst met zijn onderste uiteinde afgedicht met een cirkelvormig deksel en gevuld met water aan de bovenkant.

Laten we eerst het gebied van de bodem van de buis berekenen:

A = π⋅r^2 = 3,14 * (0,5 cm)^2 = 0,785 cm^2 = 0.0000785 m^2.

Het gewicht van het water in de buis wordt berekend volgens de volgende formule:

F = ρ⋅a⋅H⋅G = 1000 (kg/m^3) ⋅0.0000785 M^2⋅1,30 m⋅10 (m/s^2) = 1,0 n.

Dat wil zeggen dat het gewicht van het water 0,1 kg-F is, dat is slechts 100 gram.

Laten we de druk nu berekenen:

P = f / a = 1 n / 0.0000785 m^2 = 13000 pa = 13 kPa.

Ongelooflijk! De druk is hetzelfde als die van een vat. Dit is de hydrostatische paradox.

Experimenten

De druk aan de onderkant van de vulling van de pascal bar vat.

Het kan u van dienst zijn: Mechanische stroom: wat is, toepassingen, voorbeelden

Figuur 2. Blaise Pascal (1623-1662). Bron: Paleis van Versailles [Public Domain].De druk aan de onderkant van de buis wordt gegeven door:

P = f/a = ρ⋅a⋅h⋅G/a = ρ⋅G⋅H = 1000*10*9 PA = 90000 PA = 90 kPa.

Merk op dat in de vorige uitdrukking het gebied NAAR Het werd geannuleerd, ongeacht of het een groot of klein gebied is zoals dat van de buis. Met andere woorden, de druk hangt af van de hoogte van het oppervlak ten opzichte van de bodem, ongeacht de diameter.

Laten we aan deze druk de druk van het vat zelf onderaan de onderkant van het vat toevoegen:

P_Peuter = 90 kPa + 13 kPa = 103 kPa.

Om te weten hoeveel kracht het aan de onderkant van het vat wordt uitgeoefend, vermenigvuldigen we de totale druk met het achtergrondgebied van het vat.

F_Peuter = PPeuter * A = 103000 PA * 0.6362 M^2 = 65529 N = 6553 kg-F.

Dat wil zeggen dat de bodem van de loop 6,5 ton gewicht ondersteunt.

In de praktijk brengen

Het vat -experiment van Pascal is thuis gemakkelijk thuis, op voorwaarde dat het op kleinere schaal wordt gemaakt. Hiervoor is het niet alleen nodig om de afmetingen te verminderen, maar ook het vat te vervangen door een vat of container met een lagere drukweerstand.

Materialen

1- Een wegwerpschip van polystyreen met deksel. Volgens het Spaans -brekende land, worden polystyreen op verschillende manieren: witte kurk, unicel, polyepan, schuim, anime en andere namen het polystyreen genoemd. Deze schepen met deksel worden meestal bereikt op verkoopsites voor fastfood.

2- Plastic slang, bij voorkeur transparant met een diameter van 0,5 cm of kleiner en tussen 1,5 tot 1,8 m lang.

3- Lijmband voor verpakking.

Procedure om het experiment uit te voeren

- Het boren van de polystyreenglasafdekking met behulp van een oefening.

Kan u van dienst zijn: wat is het magnetische moment?

- Geef de slang door het dekselgat, zodat een klein deel van de slang in het glas passeert.

- Zeg netjes af met lint de slangverbinding verpakt met het deksel aan beide zijden van het deksel. 

- Plaats het deksel op het glas en ook verzegeld met heersende tape.

- Leg het glas op de vloer, en dan moet je de slang strekken en verhogen. Het kan nuttig zijn om op te stijgen met een helling, een trottoir of ladder.

- Vul het glas met water door de slang. Het kan worden geholpen met een kleine trechter die op de punt van de slang wordt geplaatst om het vullen te vergemakkelijken.

Wanneer het glas wordt gevuld en het waterniveau door de slang begint te stijgen, neemt de druk toe. Er komt een tijd dat het polystyreenglas de druk en de uitbarstingen niet ondersteunt, net zoals Pascal het demonstreerde met zijn beroemde vat.

Referenties

1. Hydraulische pers. Hersteld van Encyclopædia Britannica: Britannica.com.
2. Hydrostatische druk. Hersteld van sensoren één: sensorsone.com
3. Hydrostatische druk. Opgehaald van Oilfield Glossary: ​​woordenlijst.Olieveld.SLB.com
4. Pascal's principe en hydraulica. National Aeronautics and Space Aministration (NASA). Opgehaald uit: grc.pot.Gov.
5. Serway, r., Jewett, J. (2008). Natuurkunde voor wetenschap en engineering. Deel 2. Mexico. Cengage Learning Editors. 367-372.
6. Wat is hydrostatische druk: vloeistofdruk en afdeling. Herkend uit Math and Science Activity Center: Edinformatics.com
7. Handmatige AC -besturingskom controle. Hoofdstuk 01 Drukprincipes.