ПАСЦАЛ-ОВА БАЧВА: КАКО РАДИ И ЕКСПЕРИМЕНТИШЕ - ФИЗИЧКИ - 2025

Барел Пасцал био експеримент спроводи француског научника Блаисе Пасцал 1646. би дефинитивно показати да притисак течности распростире идентично исти без обзира на облик посуде.

Експеримент се састоји од пуњења соду танком и веома високом цевком, савршено прилагођеном грлу пунила. Када течност достигне висину од отприлике 10 метара (висина еквивалентна 7 сложених бачви), сод се ломи због притиска који течност врши у уској цеви.

Илустрација Пасцалове бачве. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Кључ феномена је разумевање концепта притиска. Притисак П који течност делује на површину је укупна сила Ф на ту површину дељена са површином А те површине:

П = Ф / А

Како дјелује Пасцалова цијев?

Да бисмо разумели физичке принципе Пасцаловог експеримента, израчунајмо притисак на дну бачве за вино која ће се напунити водом. Ради веће једноставности израчуна претпоставит ћемо да је цилиндрична са следећим димензијама: пречник 90 цм и висина 130 цм.

Као што је речено, притисак П на дну је укупна сила Ф на дну, дељена с површином А на дну:

П = Ф / А

Подручје А дна је пи пи (π≈3.14), полумјер Р дна је квадратни:

А = π⋅Р ^ 2

У случају бачве, то ће бити 6362 цм ^ 2, што је еквивалентно 0,6362 м ^ 2.

Сила Ф на дну цеви ће бити тежина воде. Ова тежина се може израчунати множењем густине ρ воде са запремином воде и убрзањем гравитације г.

Ф = ρ⋅А⋅х⋅г

У случају бачве која је пуна воде имамо:

Ф = ρ⋅А⋅х⋅г = 1000 (кг / м ^ 3) ⋅ 0.6362 м ^ 2 ⋅1.30 м⋅10 (м / с ^ 2) = 8271 Н.

Сила је израчуната у невтонима и еквивалентна је 827 кг-ф, вредности прилично близу једној тони. Притисак на дну цеви је:

П = Ф / А = 8271 Н / 0,6362 м ^ 2 = 13000 Па = 13 кПа.

Притисак је израчунат у Пасцалу (Па), што је јединица притиска у међународном СИ мерном систему. Једна атмосфера притиска износи 101325 Па = 101,32 кПа.

Притисак на дну вертикалне цеви

Размотримо малу цев са унутрашњим пречником од 1 цм и висином једнаком висини цеви, то јест 1,30 метара. Цев је постављена вертикално, а њен доњи крај запечаћен је кружним поклопцем и на горњем се крају пуни водом.

Прво израчунајмо површину дна цеви:

А = π⋅Р ^ 2 = 3,14 * (0,5 цм) ^ 2 = 0,785 цм ^ 2 = 0,0000785 м ^ 2.

Тежина воде садржане у епрувети израчунава се према следећој формули:

Ф = ρ⋅А⋅х⋅г = 1000 (кг / м ^ 3) .000.0000785 м ^ 2 301.30 м⋅10 (м / с ^ 2) = 1.0 Н.

Другим речима, тежина воде је 0,1 кг-ф, то јест само 100 грама.

Сада израчунајмо притисак:

П = Ф / А = 1 Н / 0.0000785 м ^ 2 = 13000 Па = 13 кПа.

Невероватно! Притисак је исти као у барелу. Ово је хидростатски парадокс.

Експерименти

Притисак на дну Пасцалове цеви бит ће зброј притиска који ствара вода садржана у самој посуди плус притисак воде која се налази у уској цијеви висине 9 метара и промјера 1 цм која је повезана с устима. пуњење бачве.

Слика 2. Блаисе Пасцал (1623-1662). Извор: Палата Версаиллеса Притисак на доњем крају цеви ће дати:

П = Ф / А = ρ⋅А⋅х⋅г / А = ρ⋅г⋅х = 1000 * 10 * 9 Па = 90000 Па = 90 кПа.

Примјетите да је у претходном изразу подручје А поништено, без обзира да ли је у питању велика или мала површина попут цеви. Другим речима, притисак зависи од висине површине у односу на дно, без обзира на пречник.

Додајмо овом притиску и притисак бачве на дну:

П _тот = 90 кПа + 13 кПа = 103 кПа.

Да бисмо сазнали колика сила се примењује на дно цеви, укупни притисак помножимо са површином дна цеви.

Ф _тот = П тот * А = 103000 Па * 0,6362 м ^ 2 = 65529 Н = 6553 кг-ф.

Другим ријечима, дно цијеви подржава 6,5 тона тежине.

Ставити у праксу

Паскалов експеримент са бачвом је лако поновљив код куће, под условом да се ради у мањем обиму. За то неће бити потребно само смањити димензије, већ и заменити соду чашом или посудом која има мању отпорност на притисак.

материјали

1- Чаша од полистирена за једнократну употребу са поклопцем. Према земљи која говори шпанско, стиропор се назива на различите начине: бела плуто, стиропор, полистирен, пена, аниме и друга имена. Ови поклопци се често налазе на продајним местима за брзу храну.

2- Пластично црево, по могућности провидно пречника 0,5 цм или мање, а дужине између 1,5 и 1,8 м.

3- Лепљива трака за паковање.

Процедура за спровођење експеримента

- Пробушите поклопац стиропорне чаше уз помоћ бушилице, удараца, ножа или резачем, тако да се направи отвор кроз који црево пролази чврсто.

- Прођите црево кроз отвор на поклопцу, тако да мали део црева пређе у посуду.

- Добро залепите траком да спакује спој црева са поклопцем са обе стране капице.

- Поставите поклопац на теглу и спојите између поклопца и тегле залепите траком за паковање, тако да вода не може да истекне.

- Ставите чашу на под, а затим морате испружити и подићи црево. Може вам бити од помоћи устати се помоћу кап, столице или мердевина.

- Чашу напуните водом кроз црево. Може му помоћи мали левак постављен на врх црева да би се олакшало пуњење.

Када се чаша напуни и ниво воде почне да расте кроз црево, притисак се повећава. Долази време када полистиренско стакло не подноси притисак и пукне, као што је Пасцал демонстрирао са својом чувеном бурадом.

Референце

1. Хидраулична преса. Преузето са Енцицлопӕдиа Британница: британница.цом.
2. Хидростатички притисак. Опоравак од сензора 1: сенсорсоне.цом
3. Хидростатички притисак. Опоравак од Рјечника нафте: глоссари.оилфиелд.слб.цом
4. Пасцалов принцип и хидраулика. Национална управа за ваздухопловство и свемир (НАСА). Опоравак од: грц.наса.гов.
5. Серваи, Р., Јеветт, Ј. (2008). Физика за науку и инжењерство. Свезак 2. Мексико. Повежите уреднике учења. 367-372.
6. Шта је хидростатички притисак: притисак и дубина течности. Опоравило се из математичког и научног центра за активности: единформатицс.цом
7. Водич за школу за контролу бунара. Поглавље 01 Принципи притиска.