Tonel von Pascal, wie es funktioniert und experimiert

Er Tonel von Pascal Es war ein Experiment des französischen Wissenschaftlers Blaise Pascal 1646, um definitiv zu demonstrieren.

Das Experiment besteht darin, einen Lauf mit einem dünnen und sehr hohen Röhrchen zu füllen, das perfekt an den Füllmund eingestellt ist. Wenn die Flüssigkeit eine ungefähre Höhe von 10 Metern erreicht (Höhe entspricht 7 gestapelte Fässer), die Stange.

Pascals Fass -Illustration. Quelle: Wikimedia Commons.

Der Schlüssel zum Phänomen besteht darin, das Druckkonzept zu verstehen. Der Druck P Das ausübt eine Flüssigkeit auf einer Oberfläche die Gesamtkraft F auf dieser Oberfläche zwischen dem Bereich geteilt ZU der genannten Oberfläche:

P = f/a

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Wie funktioniert Pascals Fässer??

Um die physikalischen Prinzipien von Pascals Experiment zu verstehen, berechnen wir den Druck am Boden eines Weins, der mit Wasser gefüllt wird. Für die Einfachheit der Berechnungen werden wir es mit den folgenden Abmessungen auf zylindrische Weise annehmen: Durchmesser 90 cm und hohe 130 cm.

Wie gesagt, der Druck P Im Hintergrund befindet sich die Gesamtkraft F im Hintergrund zwischen dem Bereich aufgeteilt ZU Vom Boden:

P = f/a 

Das Gebiet ZU Aus dem Hintergrund ist PI Times (πы3,14) das Radio R vom quadratischen erhöhten:

A = πsper^2

Im Falle des Laufs wird es 6362 cm^2 entsprechen, der 0,6362 m^2 entspricht.

Die Kraft F Am Boden des Laufs wird das Gewicht des Wassers sein. Dieses Gewicht kann durch Multiplizieren der Dichte berechnet werden ρ Wasser aufgrund des Wasservolumens und durch die Beschleunigung der Schwerkraft G.

Kann Ihnen dienen: Adresse (physisch)

F = ρogea · hatte

Im Falle des Tonge voller Wasser haben wir:

F = ρ Möglich0,6362 m^2⋅1.30 m�10 (m/s^2) = 8271 n.

Die Kraft wurde in Newtons berechnet und entspricht 827 kg-f, ein Wert nahezu nahe an einer Tonne. Der Druck am Boden des Laufs beträgt:

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

Der Druck wurde in Pascal (PA) berechnet, das die Druckeinheit im internationalen Maßsystem ist, wenn. Eine Druckatmosphäre entspricht 101325 PA = 101,32 kPa.

Druck am Boden eines vertikalen Rohrs

Betrachten Sie ein Rohr von 1 cm im Innendurchmess. Das Rohr wird vertikal mit seinem unteren Ende mit einem kreisförmigen Deckel und mit Wasser am oberen Ende gefüllt.

Berechnen wir zunächst die Fläche des Röhrchen unter:

A = πër^2 = 3,14 * (0,5 cm)^2 = 0,785 cm^2 = 0,000000785 m^2.

Das Gewicht des im Rohrs enthaltenen Wassers wird gemäß der folgenden Formel berechnet:

F = ρ Möglich m^2· 1,30 m�10 (m/s^2) = 1,0 n.

Das heißt, dass das Gewicht des Wassers 0,1 kg-F beträgt und nur 100 Gramm beträgt.

Berechnen wir jetzt den Druck:

P = f / a = 1 n / 0.000000785 m^2 = 13000 pa = 13 kPa.

Unglaublich! Der Druck ist der gleiche wie der eines Fasses. Dies ist das hydrostatische Paradoxon.

Experimente

Der Druck am Boden der Pascal -Stangenfassfüllung.

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Figur 2. Blaise Pascal (1623-1662). Quelle: Palast von Versailles [Public Domain].Der Druck am unteren Ende des Rohrs wird gegeben durch:

P = f/a = ρogea · hechen/a = ρoge g = 1000*10*9 pa = 90000 pa = 90 kPa.

Beachten Sie, dass im vorherigen Ausdruck der Bereich ZU Es wurde abgesagt, egal ob es sich um ein großer oder kleiner Bereich wie das der Röhre handelt. Mit anderen Worten, der Druck hängt von der Höhe der Oberfläche in Bezug auf den Boden ab, unabhängig vom Durchmesser.

Lassen Sie uns diesem Druck den Druck des Laufs selbst unten erhöhen:

P_KNIRPS = 90 kPa + 13 kPa = 103 kPa.

Um zu wissen, wie viel Kraft es am Boden des Fasses angewendet wird, multiplizieren wir den Gesamtdruck mit dem Fasshintergrund.

F_KNIRPS = PKNIRPS * A = 103000 pa * 0,6362 m^2 = 65529 n = 6553 kg-F.

Das heißt, der Barrel -Boden stützt 6,5 Tonnen Gewicht.

In die Praxis umgesetzt

Pascals Fass -Experiment ist zu Hause leicht reproduzierbar, vorausgesetzt, es wird in kleinerem Maßstab durchgeführt. Dazu ist es nicht nur erforderlich, die Abmessungen zu reduzieren, sondern auch den Lauf durch ein Gefäß oder Behälter zu ersetzen, der einen niedrigeren Druckwiderstand aufweist.

Materialien

1- Ein Einwegschiff von Polystyrol mit Deckel. Nach dem spanischsprachigen Land werden Polystyrol auf verschiedene Weise: Weiße Kork, UniCel, Polyespan, Schaum, Anime und andere Namen als Polystyrol bezeichnet. Diese Schiffe mit Deckel werden normalerweise auf Fast -Food -Verkaufsstellen erreicht.

2- Kunststoffschlauch, vorzugsweise transparent 0,5 cm Durchmesser oder kleiner und zwischen 1,5 und 1,8 m lang.

3- Klebeband für das Verpacken.

Verfahren zur Durchführung des Experiments

- Bohren Sie die Glasabdeckung der Polystyrol mit Hilfe eines Bohrers.

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- Fahren Sie den Schlauch durch das Deckelloch, so dass ein kleiner Teil des Schlauchs im Glas vorbeikommt.

- Versiegelte ordentlich mit dem Band, das die Schlauchübergang mit dem Deckel auf beiden Seiten des Deckels gepackt hat. 

- Legen Sie den Deckel auf das Glas und versiegelt sich auch mit herrschendem Klebeband.

- Legen Sie das Glas auf den Boden, und dann müssen Sie sich dehnen und den Schlauch erhöhen. Es kann nützlich sein, mit einem Hang, einem Bürgersteig oder einer Leiter zu steigen.

- Füllen Sie das Glas mit Wasser durch den Schlauch. Es kann mit einem kleinen Trichter an der Spitze des Schlauchs geholfen werden, um die Füllung zu erleichtern.

Wenn das Glas gefüllt ist und der Wasserstand durch den Schlauch steigt, nimmt der Druck zu. Es kommt eine Zeit, in der das Polystyrolglas nicht den Druck und den Ausbruch unterstützt, genauso wie Pascal es mit seinem berühmten Fass demonstrierte.

Verweise

1. Hydraulikpresse. Von Encyclopædia Britannica geborgen: Britannica.com.
2. Hydrostatischer Druck. Von Sensoren wiederhergestellt: SensorSone.com
3. Hydrostatischer Druck. Aus dem Ölfeld Glossar abgerufen: Glossar.Ölfeld.SLB.com
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5. Serway, r., Jewett, J. (2008). Physik für Wissenschaft und Ingenieurwesen. Band 2. Mexiko. Cengage Learning Editoren. 367-372.
6. Was ist hydrostatischer Druck: Flüssigkeitsdruck und Abteilung. Aus Mathematik- und Naturwissenschaftsaktivitätszentrum erholt: EDINFORMATICS.com
7. Handbuch für Wechselstromsteuerungsschalensteuerung. KAPITEL 01 PRINZIPLIMMER DES DRÜCKENS.