Plik Beczka Pascala Był to eksperyment przeprowadzony przez francuskiego naukowca Blaise'a Pascala w 1646 roku, aby ostatecznie wykazać, że ciśnienie cieczy rozchodzi się w niej w ten sam sposób, niezależnie od kształtu pojemnika..
Eksperyment polega na napełnieniu beczki cienką i bardzo wysoką rurką, idealnie dopasowaną do szyjki wlewu. Kiedy ciecz osiągnie wysokość około 10 metrów (wysokość odpowiadająca 7 beczkom ułożonym w stos), beczka pęka z powodu ciśnienia wywieranego przez ciecz w wąskiej rurce.
Kluczem do tego zjawiska jest zrozumienie pojęcia presji. Presja P. siła wywierana przez płyn na powierzchnię jest całkowitą siłą fa na tej powierzchni podzielonej przez powierzchnię DO wspomnianej powierzchni:
P = F / A
Indeks artykułów
Aby zrozumieć fizyczne zasady eksperymentu Pascala, obliczmy ciśnienie na dnie beczki z winem, która wypełni się wodą. Dla ułatwienia obliczeń przyjmiemy, że jest on cylindryczny o wymiarach: średnica 90 cm i wysokość 130 cm.
Jak powiedziałem, ciśnienie P. w głębi jest całkowita siła fa w tle podzielony przez obszar DO Z dołu:
P = F / A
Strefa DO od dołu to pi razy (π≈3,14) radio R od dołu do kwadratu:
A = π⋅R ^ 2
W przypadku lufy będzie to 6362 cm ^ 2, co odpowiada 0,6362 m ^ 2.
Siła fa na dnie beczki będzie ciężar wody. Wagę tę można obliczyć, mnożąc gęstość ρ wody przez objętość wody i przez przyspieszenie ziemskie sol.
F = ρ⋅A⋅h⋅g
W przypadku beczki z wodą mamy:
F = ρ⋅A⋅h⋅g = 1000 (kg / m ^ 3) ⋅0,6362 m ^ 2⋅1,30 m⋅10 (m / s ^ 2) = 8271 N.
Siła została obliczona w niutonach i odpowiada 827 kg-f, czyli wartości dość zbliżonej do jednej tony. Ciśnienie na dnie beczki wynosi:
P = F / A = 8271 N / 0,6362 m ^ 2 = 13000 Pa = 13 kPa.
Ciśnienie obliczono w Pascalach (Pa), które są jednostką ciśnienia w międzynarodowym układzie miar SI. Jedna atmosfera ciśnienia wynosi 101325 Pa = 101,32 kPa.
Rozważmy małą rurkę o średnicy wewnętrznej 1 cm i wysokości równej beczce, czyli 1,30 metra. Rurka jest umieszczona pionowo, dolnym końcem zamkniętym okrągłą nasadką i na górnym końcu wypełniona wodą.
Najpierw obliczmy obszar dna rury:
A = π⋅R ^ 2 = 3,14 * (0,5 cm) ^ 2 = 0,785 cm ^ 2 = 0,0000785 m ^ 2.
Masę wody zawartej w rurce oblicza się według następującego wzoru:
F = ρ⋅A⋅h⋅g = 1000 (kg / m ^ 3) ⋅0,0000785 m ^ 2⋅1,30 m⋅10 (m / s ^ 2) = 1,0 N..
To znaczy, że woda waży 0,1 kg-f, czyli zaledwie 100 gramów.
Obliczmy teraz ciśnienie:
P = F / A = 1 N / 0,0000785 m ^ 2 = 13000 Pa = 13 kPa.
Niesamowity! Ciśnienie jest takie samo jak w beczce. To jest paradoks hydrostatyczny.
Ciśnienie na dnie beczki Pascala będzie sumą ciśnienia wytworzonego przez wodę zawartą w samej beczce plus ciśnienie wody zawartej w wąskiej rurce o wysokości 9 metrów i średnicy 1 cm, która jest połączona z ujściem. napełnianie beczki.
P = F / A = ρ⋅A⋅h⋅g / A = ρ⋅g⋅h = 1000 * 10 * 9 Pa = 90000 Pa = 90 kPa.
Zauważ, że w poprzednim wyrażeniu area DO został anulowany, bez względu na to, czy jest to duży, czy mały obszar, jak rura. Innymi słowy, ciśnienie zależy od wysokości powierzchni względem dna, niezależnie od średnicy..
Dodajmy do tego ciśnienia ciśnienie samej lufy na jej dnie:
P.brzdąc = 90 kPa + 13 kPa = 103 kPa.
Aby dowiedzieć się, jaka siła jest przyłożona do dna lufy, mnożymy całkowite ciśnienie przez powierzchnię dna lufy.
fabrzdąc = Pbrzdąc * A = 103000 Pa * 0,6362 m ^ 2 = 65529 N = 6553 kg-f.
Oznacza to, że dno lufy wytrzymuje ciężar 6,5 tony.
Doświadczenie z lufą Pascala można łatwo powtórzyć w domu, pod warunkiem, że jest wykonywane na mniejszą skalę. W tym celu konieczne będzie nie tylko zmniejszenie wymiarów, ale także wymiana beczki na szklankę lub pojemnik, który ma mniejszą odporność na ciśnienie..
1- Jednorazowy kubek z polistyrenu z pokrywką. Według kraju hiszpańskojęzycznego polistyren nazywa się na różne sposoby: biały korek, styropian, styropian, pianka, anime i inne nazwy. Te pokrywki często można znaleźć w punktach fast food na wynos..
2- Wąż z tworzywa sztucznego, najlepiej przezroczysty o średnicy 0,5 cm lub mniejszej i długości od 1,5 do 1,8 m.
3- Taśma klejąca do pakowania.
- Przekłuć wieczko polistyrenowego kubka za pomocą wiertła, przebijaka, brzytwy lub przecinaka, tak aby powstał otwór, przez który szczelnie przechodzi wąż.
- Przełóż wąż przez otwór w pokrywie, tak aby niewielka część węża przeszła do szyby.
- Starannie zaklej taśmą połączenie węża z nasadką po obu stronach nasadki.
- Umieść pokrywkę na szkle, a także uszczelnij połączenie między pokrywką a szkłem taśmą pakunkową, aby woda nie uciekała.
- Postaw szklankę na podłodze, a następnie musisz rozciągnąć i podnieść wąż. Pomocne może być wstawanie za pomocą spadku, stołka lub drabiny.
- Napełnij szklankę wodą przez wąż. Pomóc w tym może mały lejek umieszczony na końcu węża, ułatwiający napełnianie.
Kiedy szklanka jest pełna, a poziom wody przez wąż zaczyna podnosić się, ciśnienie wzrasta. Przychodzi czas, kiedy styropianowe szkło nie wytrzymuje nacisku i pęka, co pokazał Pascal swoją słynną beczką.
Jeszcze bez komentarzy