Tonel av Pascal hvordan det fungerer og eksperimenter

Han Tonel av Pascal Det var et eksperiment utført av den franske forskeren Blaise Pascal i 1646 for definitivt å demonstrere at trykket til en væske sprer seg på samme måte på samme måte, uavhengig av formen til beholderen.

Eksperimentet består i å fylle et fat med et tynt og veldig høyt rør, perfekt justert til fyllmunnen. Når væsken når en omtrentlig høyde på 10 meter (høyde som tilsvarer 7 stablede fat), stangen.

Pascals tønne illustrasjon. Kilde: Wikimedia Commons.

Nøkkelen til fenomenet er å forstå pressbegrepet. Presset P som utøver en væske på en overflate er den totale kraften F på den overflaten delt mellom området TIL av nevnte overflate:

P = f/a

[TOC]

Hvordan fungerer Pascals fat?

For å forstå de fysiske prinsippene i Pascals eksperiment, la oss beregne trykket i bunnen av en tønne vin som vil bli fylt med vann. For mer enkelhet av beregningene vil vi anta det på en sylindrisk måte med følgende dimensjoner: Diameter 90 cm og høy 130 cm.

Som sagt, presset P I bakgrunnen er den totale kraften F i bakgrunnen, delt mellom området TIL Fra bunnen:

P = f/a 

Området TIL Fra bakgrunnen er Pi Times (πы3,14) radioen R fra torget forhøyet:

A = π⋅r^2

I tilfelle av tønnen vil det være 6362 cm^2 tilsvarer 0,6362 m^2.

Kraften F I bunnen av tønnen vil det være vekten av vannet. Denne vekten kan beregnes ved å multiplisere tettheten ρ vann på grunn av vannvolumet og ved akselerasjonen av tyngdekraften g.

Kan tjene deg: adresse (fysisk)

F = ρ⋅a⋅h⋅g

Når det gjelder tonge full av vann vi har:

F = ρ⋅a⋅h⋅g = 1000 (kg/m^3) ⋅0,6362 m^2⋅1,30 m⋅10 (m/s^2) = 8271 n.

Kraften er beregnet i Newtons og tilsvarer 827 kg-f, en verdi ganske nær massevis. Trykket i bunnen av tønnen er:

P = F / A = 8271 N / 0.6362 M^2 = 13000 PA = 13 kPa.

Trykket er beregnet i Pascal (PA) som er trykkenheten i det internasjonale tiltakssystemet hvis. En trykkatmosfære tilsvarer 101325 PA = 101,32 kPa.

Trykk i bunnen av et vertikalt rør

Tenk på et rør på 1 cm i innvendig. Røret er plassert vertikalt med den nedre enden forseglet med et sirkulært lokk og fylt med vann i den øvre enden.

La oss først beregne området på bunnen av røret:

A = π⋅r^2 = 3,14 * (0,5 cm)^2 = 0,785 cm^2 = 0,0000785 m^2.

Vekten av vannet som er inneholdt i røret beregnes i henhold til følgende formel:

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

Det vil si at vekten på vannet er 0,1 kg-f som bare er 100 gram.

La oss beregne presset nå:

P = F / A = 1 N / 0.0000785 M^2 = 13000 Pa = 13 kPa.

Utrolig! Trykket er det samme som for et fat. Dette er det hydrostatiske paradokset.

Eksperimenter

Trykket i bunnen av Pascal Bar Barrel Filling.

Det kan tjene deg: Mekanisk kraft: Hva er, applikasjoner, eksempler

Figur 2. Blaise Pascal (1623-1662). Kilde: Palace of Versailles [Public Domain].Trykket i den nedre enden av røret vil bli gitt av:

P = f/a = ρ⋅a⋅h⋅g/a = ρ⋅g⋅h = 1000*10*9 Pa = 90000 Pa = 90 kPa.

Legg merke til at i forrige uttrykk området TIL Det ble kansellert, uansett om det er et stort eller lite område som røret. Med andre ord, trykket avhenger av høyden på overflaten med hensyn til bunnen, uavhengig av diameter.

La oss legge til dette trykket i selve trykket i bunnen av det:

P_{TIL T} = 90 kPa + 13 kPa = 103 kPa.

For å vite hvor mye kraft det blir brukt i bunnen av tønnen, multipliserer vi det totale trykket med tønne bakgrunnsområdet.

F_{TIL T} = STIL T * A = 103000 pa * 0,6362 m^2 = 65529 n = 6553 kg-f.

Det vil si at tønnebunnen støtter 6,5 tonn vekt.

Sette ut i praksis

Pascals tønneeksperiment er lett reproduserbar hjemme, forutsatt at det er laget i mindre skala. For dette vil det ikke bare være nødvendig å redusere dimensjonene, men erstatte også tønnen med et fartøy eller beholder som har lavere trykkmotstand.

Materialer

1- Et disponibelt kar av polystyren med lokk. I følge det spanske talende landet, er polystyren på forskjellige måter: hvit kork, unicel, polyespan, skum, anime og andre navn kalt polystyren. Disse fartøyene med lokk oppnås vanligvis på hurtigmatomsetningssteder.

2- Plastslange, helst gjennomsiktig 0,5 cm i diameter eller mindre og mellom 1,5 til 1,8 m lang.

3- limbånd for pakking.

Prosedyre for å utføre eksperimentet

- Boring av polystyrenlglassdekselet ved hjelp av en drill.

Kan tjene deg: Hva er det magnetiske øyeblikket?

- Passere slangen gjennom lokkhullet, slik at en liten del av slangen inne i glasset passerer.

- Forsegl seg pent med bånd pakket slangekrysset med lokket på begge sider av lokket. 

- Plasser lokket til glasset og forseglet også med regjerende tape.

- Legg glasset på gulvet, og så må du strekke og heve slangen. Det kan være nyttig å stige ved hjelp av en skråning, et fortau eller stige.

- Fyll glasset med vann gjennom slangen. Det kan hjelpes med en liten trakt plassert på slangens spiss for å lette fylling.

Når glasset er fylt og vannstanden begynner å stige gjennom slangen, øker trykket. Det kommer en tid at polystyrenglasset ikke støtter trykket og utbruddene, akkurat som Pascal demonstrerte det med sin berømte tønne.

Referanser

1. Hydraulisk presse. Gjenopprettet fra Encyclopædia Britannica: Britannica.com.
2. Hydrostatisk trykk. Gjenopprettet fra sensorer en: SensorSone.com
3. Hydrostatisk trykk. Hentet fra oljefeltets ordliste: ordliste.Oljefelt.SLB.com
4. Pascals prinsipp og hydraulikk. National Aeronautics and Space Aministration (NASA). Hentet fra: GRC.gryte.Gov.
5. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 2. Mexico. Cengage Learning Editors. 367-372.
6. Hva er hydrostatisk trykk: væsketrykk og avd. Gjenopprettet fra matematikk- og vitenskapsaktivitetssenter: Edinformatics.com
7. Manuell AC -kontrollskålkontroll. Kapittel 01 Prinsipper for press.