Pascalin toneli miten se toimii ja kokeilut

Hän Pascal -sävy Se oli ranskalaisen tutkijan Blaise Pascalin vuonna 1646 tekemä kokeilu lopullisesti osoittamaan, että nesteen paine leviää samalla tavalla, riippumatta säiliön muodosta riippumatta.

Koe koostuu tynnyrin täyttämisestä ohuella ja erittäin korkealla putkella, säädetty täydellisesti täytettävään suuhun. Kun neste saavuttaa likimääräisen korkeuden 10 metriä (korkeus, joka vastaa 7 pinottua tynnyriä), palkki.

Pascalin tynnyrin kuva. Lähde: Wikimedia Commons.

Avain ilmiöön on ymmärtää paineen käsite. Paine P joka käyttää nestettä pinnalle, on kokonaisvoima F tällä pinnalla jaettuna alueen kesken -Lla mainitun pinnan:

P = f/a

[TOC]

Kuinka Pascalin tynnyrit toimivat?

Ymmärtääksesi Pascalin kokeen fyysiset periaatteet, lasketaan paine viinin tynnyrin pohjassa, joka täytetään vedellä. Laskelmien yksinkertaisuuden saavuttamiseksi oletamme sen lieriömäisellä tavalla seuraavilla mitoilla: halkaisija 90 cm ja korkea 130 cm.

Kuten sanottiin, paine P taustalla on kokonaisvoima F taustalla jakautuneena alueen kesken -Lla Pohjalta:

P = f/a 

Alue -Lla Tausta on PI -ajat (πы3,14) radio R - neliöstä kohonnut:

A = π⋅r^2

Tynnyrin tapauksessa se on 6362 cm^2, joka vastaa 0,6362 m^2.

Voima F Tynnyrin alaosassa se on veden paino. Tämä paino voidaan laskea kertomalla tiheys ρ veden määrän ja painovoiman kiihtyvyyden vuoksi g.

Voi palvella sinua: osoite (fyysinen)

F = ρ⋅ a⋅ olen

Veden täynnä olevan sävyn tapauksessa meillä on:

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

Voima on laskettu Newtonsissa ja vastaa 827 kg-F, arvo melko lähellä tonnia. Tynnyrin alaosassa oleva paine on:

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

Paine on laskettu Pascal (PA), joka on paineyksikkö kansainvälisessä mittausjärjestelmässä, jos. Paineilmapiiri vastaa 101325 PA = 101,32 kPa.

Paine pystysuoran putken pohjassa

Harkitse 1 cm: n putkea sisätilan halkaisijana ja korkeus, joka on yhtä suuri kuin tynnyri, eli 1,30 metriä. Putki asetetaan pystysuoraan alapäällä, joka on suljettu pyöreällä kannella ja täytetään vedellä sen yläpäässä.

Lasketaan ensin putken pohjan pinta -ala:

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

Putken sisältämän veden paino lasketaan seuraavan kaavan mukaan:

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

Toisin sanoen veden paino on 0,1 kg-F, joka on vain 100 grammaa.

Lasketaan paine nyt:

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

Uskomaton! Paine on sama kuin tynnyri. Tämä on hydrostaattinen paradoksi.

Kokeet

Paine Pascal -tankotynnyrin täyttöä varten.

Se voi palvella sinua: Mekaaninen voima: Mikä on, sovellukset, esimerkit

Kuva 2. Blaise Pascal (1623-1662). Lähde: Versaillesin palatsi [julkinen alue].Paine putken alapäässä annetaan:

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

Huomaa, että edellisessä ilmaisulla alue -Lla Se peruutettiin riippumatta siitä, onko se suuri vai pieni alue kuten putki. Toisin sanoen paine riippuu pinnan korkeudesta pohjan suhteen halkaisijasta riippumatta.

Lisätään tähän paineeseen itse tynnyrin paine sen alaosaan:

P_Kokonais- = 90 kPa + 13 kPa = 103 kPa.

Tiedämme kuinka paljon voimaa sitä kohdistetaan tynnyrin pohjaan, kerrotaan kokonaispaineen tynnyrin tausta -alueella.

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

Toisin sanoen tynnyrin pohja tukee 6,5 tonnia painoa.

Laittaa käytäntöön

Pascalin tynnyrikoe on helposti toistettavissa kotona, mikäli se tehdään pienemmässä mittakaavassa. Tätä varten ei vain ole tarpeen vähentää mittoja, vaan myös korvata tynnyri aluksella tai säiliöllä, jolla on alhaisempi painevastus.

Materiaalit

1- Polystyreenin kertakäyttöinen astia kannen kanssa. Espanjankielisen maan, polystyreenin mukaan: Valkoinen korkki, Unicel, polypan, vaahto, anime ja muut nimet kutsutaan polystyreeniksi. Nämä kannen alukset saavutetaan yleensä pikaruoan myyntipaikoilla.

2- Muoviletku, edullisesti läpinäkyvä 0,5 cm halkaisija tai pienempi ja välillä 1,5- 1,8 m pitkä.

3-liimanauha pakkausta varten.

Menettely kokeilun suorittamiseksi

- Poraus polystyreenilasipeitteestä poran avulla.

Voi palvella sinua: mikä on magneettinen hetki?

- Siirrä letku kannen reiän läpi, niin että pieni letkun osa lasin sisällä kulkee.

- Sulje siististi nauhalla pakattu letkun liitos kannen molemmin puolin. 

- Aseta kansi lasiin ja suljettu myös hallitsevalla teipillä.

- Laita lasi lattialle, ja sitten sinun on venytettävä ja nostettava letku. Voi olla hyödyllistä nousta rinteellä, jalkakäytävällä tai tikkaalla.

- Täytä lasi vedellä letkun läpi. Sitä voidaan auttaa pienessä suppilossa, joka on asetettu letkun kärjessä täyttämisen helpottamiseksi.

Kun lasi on täytetty ja veden taso alkaa nousta letkun läpi, paine kasvaa. Tulee aika, että polystyreenilasi ei tue painetta ja purskeita, aivan kuten Pascal osoitti sen kuuluisan tynnyrinsä kanssa.

Viitteet

1. Hydraulinen puristus. Palautettu Encyclopædia Britannica: Britannica.com.
2. Hydrostaattinen paine. Antureista palautettu: anturien.com
3. Hydrostaattinen paine. Haettu öljykentän sanastosta: Sanasto.Öljykenttä.SLB.com
4. Pascalin periaate ja hydrauliikka. Kansallinen ilmailu- ja avaruusministeriö (NASA). Haettu: GRC.potti.Hallitus.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fysiikka tieteen ja tekniikan fysiikka. Nide 2. Meksiko. Cengage Learning Editors. 367-372.
6. Mikä on hydrostaattinen paine: nestepaine ja osasto. Toipunut matematiikasta ja luonnontieteiden aktiivisuuskeskuksesta: Edinformatics.com
7. Manuaalinen vaihtovirtakulhojen hallinta. Luku 01 Paineperiaatteet.