Tone Pascala, kako deluje in eksperimentira

On Tonel Pascala To je bil eksperiment, ki ga je leta 1646 izvedel francoski znanstvenik Blaise Pascal, da bi dokončno pokazal, da se tlak tekočine na enak način širi z istim, ne glede na obliko posode.

Poskus je sestavljen iz polnjenja sode s tanko in zelo visoko cevjo, odlično prilagojeno ustim za polnjenje. Ko tekočina doseže približno višino 10 metrov (višina, enakovredna 7 zloženim sodom).

Pascalova ilustracija sode. Vir: Wikimedia Commons.

Ključ do pojava je razumevanje koncepta pritiska. Pritisk Str ki na površini izvaja tekočino, je skupna sila F na tej površini, razdeljeni na območje Do omenjene površine:

P = f/a

[TOC]

Kako delujejo Pascalovi sodi?

Da bi razumeli fizikalna načela Pascalovega eksperimenta, izračunajmo tlak na dnu sode vina, ki bo napolnjen z vodo. Za večjo poenostavitev izračunov ga bomo prevzeli na valjast z naslednjimi dimenzijami: premer 90 cm in visok 130 cm.

Kot rečeno, pritisk Str v ozadju je skupna sila F v ozadju, razdeljeni med območje Do Od spodaj:

P = f/a 

Območje Do iz ozadja je pi Times (πы3,14) Radio R s kvadrata dvignjeno:

A = π⋅r^2

V primeru sode bo 6362 cm^2 enakovredno 0,6362 m^2.

Moč F Na dnu sode bo teža vode. To teža je mogoče izračunati z množenjem gostote ρ vode zaradi volumna vode in pospeška gravitacije g.

Vam lahko služi: naslov (fizično)

F = ρ⋅A⋅H⋅G

V primeru tonge, polne vode, imamo:

F = ρ⋅A⋅H⋅G = 1000 (kg/m^3) ⋅0,6362 m^2⋅1.30 m⋅10 (m/s^2) = 8271 n.

Sila je bila izračunana v Newtonsu in je enakovredna 827 kg-f, vrednost, ki je precej blizu tone. Tlak na dnu soda je:

P = f / a = 8271 n / 0,6362 m^2 = 13000 pa = 13 kPa.

Tlak je izračunan v Pascalu (PA), ki je tlačna enota v mednarodnem sistemu ukrepov, če. Tlačna atmosfera je enaka 101325 PA = 101,32 kPa.

Tlak na dnu navpične cevi

Razmislite o cevi 1 cm v notranjosti in z višino, ki je enaka višini sode, to je 1,30 metra. Cev je nameščena navpično s spodnjim koncem, zatesnjenim s krožnim pokrovom in napolnjena z vodo na zgornjem koncu.

Najprej izračunamo območje dna cevi:

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

Teža vode v cevi se izračuna po naslednji formuli:

F = ρ⋅A⋅H⋅G = 1000 (kg/m^3) ⋅0.0000785 m^2⋅1.30 m⋅10 (m/s^2) = 1,0 n.

To pomeni, da je teža vode 0,1 kg-f, ki je le 100 gramov.

Zdaj izračunamo tlak:

P = f / a = 1 n / 0,0000785 m^2 = 13000 pa = 13 kPa.

Neverjetno! Pritisk je enak kot pri sodu. To je hidrostatični paradoks.

Poskusi

Tlak na dnu nadeva pascal palice.

Lahko vam služi: mehanska moč: kaj je, aplikacije, primeri

Slika 2. Blaise Pascal (1623-1662). Vir: palača Versailles [javna domena].Tlak na spodnjem koncu cevi bo podan z:

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

Upoštevajte, da v prejšnjem izrazu območje Do Je bil preklican, ne glede na to, ali gre za veliko ali majhno območje, kot je cev. Z drugimi besedami, tlak je odvisen od višine površine glede na dno, ne glede na premer.

K temu tlaku dodamo tlak samega soda na dnu:

Str_Tot = 90 kPa + 13 kPa = 103 kPa.

Da bi vedeli, koliko sile se uporablja na dnu soda, pomnožimo skupni tlak na območju ozadja sode.

F_Tot = PTot * A = 103000 pa * 0,6362 m^2 = 65529 n = 6553 kg-f.

To pomeni, da dno sode podpira 6,5 ​​tone teže.

Izvajati v prakso

PASCAL -ov eksperiment s sodom je zlahka ponovljiv doma, pod pogojem. Za to ne bo treba le zmanjšati dimenzij, ampak tudi nadomestiti sod s plovilom ali posodo, ki ima nižjo tlačno odpornost.

Materiali

1- posoda za enkratno uporabo polistirena s pokrovom. Glede na špansko govorečo državo polistiren na različne načine: bela pluta, unicel, poliepan, pena, anime in druga imena se imenujejo polistiren. Ta plovila s pokrovom se običajno dosežejo na mestih za hitro hrano.

2-plastična cev, prednostno prozorno premera 0,5 cm ali manjša in med 1,5 do 1,8 m.

3- lepilni trak za pakiranje.

Postopek za izvedbo poskusa

- Vrtanje polistirenskega steklenega pokrova s ​​pomočjo vrtalnika.

Vam lahko služi: kaj je magnetni trenutek?

- Prenesite cev skozi luknjo pokrova, tako da majhen del cevi v kozarcu prehaja.

- Tesnilo lepo s trakom je na obeh straneh pokrova zapakiralo stičišče cevi s pokrovom. 

- Pokrov položite na kozarec in tudi zaprete z vladajočim trakom.

- Kozarec položite na tla, nato pa se morate raztegniti in dvigniti cev. Koristno je, da se dvignete z naklonom, pločnikom ali lestvico.

- Kozarec napolnite z vodo skozi cev. Pomaga vam lahko z majhnim lijakom, nameščenim na konici cevi, da olajša polnjenje.

Ko se kozarec napolni in se raven vode začne dvigovati skozi cev, se tlak povečuje. Prihaja čas, da polistirensko steklo ne podpira pritiska in razpadov, tako kot je Pascal pokazal s svojim znamenito sodjo.

Reference

1. Hidravlični tisk. Okrevano iz Encyclopædia Britannica: Britannica.com.
2. Hidrostatični tlak. Okrevano od senzorjev: Ensorsone.com
3. Hidrostatični tlak. Pridobljeno iz Glosar Oilfield: Glosar.Naftno polje.Slb.com
4. Pascalovo načelo in hidravlika. Nacionalna aeronavtika in vesoljska aministracija (NASA). Pridobljeno iz: GRC.lonec.Gov.
5. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fizika za znanost in inženiring. Zvezek 2. Mehika. Uredniki učenja Cengage. 367-372.
6. Kaj je hidrostatični tlak: tlak tekočine in oddelek. Ozdravljen iz centra za matematiko in znanstveno dejavnost: Edinformatika.com
7. Ročni nadzor nad AC Control Bowl. Poglavje 01 Načela pritiska.