BARILES NI PASCAL: KUNG PAANO ITO GUMAGANA AT MGA EKSPERIMENTO - PISIKAL - 2025

Ang bariles Pascal ay isang eksperimento na isinagawa ng siyentipikong Pranses na si Blaise Pascal noong 1646 upang maipakita nang tiyak na ang presyon ng likido ay magkapareho ng pareho, anuman ang hugis ng lalagyan.

Ang eksperimento ay binubuo ng pagpuno ng isang bariles na may manipis at napakataas na tubo, perpektong nababagay sa leeg ng tagapuno. Kapag ang likido ay umabot sa isang taas na humigit-kumulang na 10 metro (taas na katumbas ng 7 na nakasalansan na barrels) ang bariles ay sumabog dahil sa presyur na idinagdag ng likido sa makitid na tubo.

Paglalarawan ng Pascal's Barrel. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Ang susi sa hindi pangkaraniwang bagay ay upang maunawaan ang konsepto ng presyon. Ang presyur na P na isang likido ay lumalabas sa isang ibabaw ay ang kabuuang puwersa F sa ibabaw na iyon na hinati ng lugar A ng nasabing ibabaw:

P = F / A

Paano gumagana ang bariles ni Pascal?

Upang maunawaan ang mga pisikal na mga prinsipyo ng eksperimento sa Pascal, kalkulahin natin ang presyon sa ilalim ng isang bariles ng alak na punan ng tubig. Para sa higit na pagiging simple ng mga kalkulasyon, ipapalagay namin ito na cylindrical sa mga sumusunod na sukat: diameter 90 cm at taas na 130 cm.

Tulad ng nakasaad, ang presyon ng P sa ilalim ay ang kabuuang puwersa F sa ilalim, na hinati sa lugar A ng ilalim:

P = F / A

Ang lugar A sa ilalim ay pi beses (π≈3.14) ang radius R ng ilalim na parisukat:

A = π⋅R ^ 2

Sa kaso ng bariles, magiging 6362 cm ^ 2 katumbas ng 0.6362 m ^ 2.

Ang lakas F sa ilalim ng bariles ay ang bigat ng tubig. Ang timbang na ito ay maaaring kalkulahin sa pamamagitan ng pagpaparami ng density ρ ng tubig sa pamamagitan ng dami ng tubig at sa pagpabilis ng gravity g.

F = ρ⋅A⋅h⋅g

Sa kaso ng bariles na puno ng tubig mayroon kami:

F = ρ⋅A⋅h⋅g = 1000 (kg / m ^ 3) ⋅ 0.6362 m ^ 2 ⋅1.30 m⋅10 (m / s ^ 2) = 8271 N.

Ang puwersa ay kinakalkula sa mga newtons at katumbas ng 827 kg-f, isang halaga na medyo malapit sa isang tonelada. Ang presyon sa ilalim ng bariles ay:

P = F / A = 8271 N / 0.6362 m ^ 2 = 13000 Pa = 13 kPa.

Ang presyur ay kinakalkula sa Pascal (Pa) na siyang yunit ng presyon sa sistemang pagsukat sa internasyonal na SI. Ang isang kapaligiran ng presyon ay katumbas ng 101325 Pa = 101.32 kPa.

Presyon sa ilalim ng isang vertical tube

Isaalang-alang natin ang isang maliit na tubo na may panloob na diameter ng 1 cm at isang taas na katumbas ng isang bariles, iyon ay, 1.30 metro. Ang tubo ay inilalagay nang patayo kasama ang mas mababang dulo nito na tinatakan ng isang pabilog na takip at napuno ng tubig sa itaas na dulo nito.

Una nating kalkulahin ang lugar ng ilalim ng tubo:

A = π⋅R ^ 2 = 3.14 * (0.5 cm) ^ 2 = 0.785 cm ^ 2 = 0.0000785 m ^ 2.

Ang bigat ng tubig na nilalaman sa tubo ay kinakalkula ayon sa sumusunod na pormula:

F = ρ⋅A⋅h⋅g = 1000 (kg / m ^ 3) ⋅0.0000785 m ^ 2 ⋅1.30 m⋅10 (m / s ^ 2) = 1.0 N.

Sa madaling salita, ang bigat ng tubig ay 0.1 kg-f, ibig sabihin ay 100 gramo lamang.

Ngayon kalkulahin natin ang presyon:

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

Kamangha-manghang! Ang presyon ay pareho sa isang bariles. Ito ang hayok na hydrostatic.

Mga Eksperimento

Ang presyon sa ilalim ng bariles ng Pascal ay ang kabuuan ng presyon na ginawa ng tubig na nilalaman sa bariles mismo kasama ang presyon ng tubig na nilalaman sa isang makitid na tubo na 9 metro ang taas at 1 cm ang lapad na konektado sa bibig. pagpuno ng bariles.

Larawan 2. Blaise Pascal (1623-1662). Pinagmulan: Palasyo ng Versailles.Ang presyon sa ibabang dulo ng tubo ay bibigyan ng:

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

Pansinin na sa nakaraang ekspresyon ang lugar A ay nakansela, hindi mahalaga kung ito ay malaki o maliit na lugar tulad ng tubo. Sa madaling salita, ang presyon ay nakasalalay sa taas ng ibabaw na may paggalang sa ilalim, anuman ang diameter.

Dagdagan natin sa presyur na ito ang presyon ng bariles mismo sa ilalim nito:

P _tot = 90 kPa + 13 kPa = 103 kPa.

Upang malaman kung gaano karaming puwersa ang inilalapat sa ilalim ng bariles, pinarami namin ang kabuuang presyon sa pamamagitan ng lugar ng ilalim ng bariles.

F _tot = P tot * A = 103000 Pa * 0.6362 m ^ 2 = 65529 N = 6553 kg-f.

Sa madaling salita, ang ilalim ng bariles ay sumusuporta sa 6.5 tonelada ng timbang.

Isinasagawa

Ang eksperimento sa bariles ng Pascal ay madaling mabubu sa bahay, kung ginagawa ito sa isang mas maliit na sukat. Para sa mga ito, hindi lamang kinakailangan upang mabawasan ang mga sukat, kundi pati na rin upang mapalitan ang bariles ng isang baso o lalagyan na mas kaunting pagtutol sa presyon.

materyales

1- Isang disposable polystyrene cup na may takip. Ayon sa bansang nagsasalita ng Espanya, ang polystyrene ay tinawag sa iba't ibang paraan: puting tapunan, styrofoam, polystyrene, foam, anime at iba pang mga pangalan. Ang mga lids na ito ay madalas na matatagpuan sa mga take-out na mabilis na mga outlet ng pagkain.

2- Plato ng medyas, mas mabuti na transparent 0.5 cm ang lapad o mas maliit at sa pagitan ng 1.5 hanggang 1.8 m ang haba.

3- Malagkit na tape para sa pag-iimpake.

Pamamaraan upang maisagawa ang eksperimento

- Isubsob ang takip ng polystyrene cup sa tulong ng isang drill bit, na may suntok, kutsilyo o isang pamutol, upang ang isang butas ay ginawa kung saan mahigpit na ipinapasa ang medyas.

- Ipasa ang hose sa butas sa takip, upang ang isang maliit na bahagi ng medyas ay ipasa sa mangkok.

- Malinis na selyo na may tape packing ang magkasanib na medyas na may takip sa magkabilang panig ng takip.

- Ilagay ang takip sa garapon at i-seal ang magkasanib sa pagitan ng takip at garapon na may packing tape, upang walang tubig na makatakas.

- Ilagay ang baso sa sahig, at pagkatapos ay kailangan mong kahabaan at itaas ang medyas. Maaaring makatulong na bumangon gamit ang isang pagbagsak, isang dumi ng tao, o isang hagdan.

- Punan ang baso ng tubig sa pamamagitan ng medyas. Maaari itong matulungan ng isang maliit na funnel na nakalagay sa dulo ng medyas upang mapadali ang pagpuno.

Kapag ang baso ay puno at ang antas ng tubig ay nagsisimulang tumaas sa pamamagitan ng medyas, tumataas ang presyon. May darating na oras na ang salamin ng polystyrene ay hindi makatiis sa presyon at pagsabog, tulad ng ipinakita ni Pascal kasama ang kanyang sikat na bariles.

Mga Sanggunian

1. Hydraulic Press. Nakuha mula sa Encyclopædia Britannica: britannica.com.
2. Hydrostatic Pressure. Nabawi mula sa Sensor Isa: sensorsone.com
3. Hydrostatic Pressure. Nabawi mula sa Oilfield Glossary: ​​glossary.oilfield.slb.com
4. Prinsipyo at Hydraulics ng Pascal. Pambansang Aeronautics at Space Administration (NASA). Nabawi mula sa: grc.nasa.gov.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Physics para sa Science at Engineering. Dami 2. Mexico. Mga Editors sa Pag-aaral ng Cengage. 367-372.
6. Ano ang Hydrostatic Pressure: Fluid Pressure at Lalim. Nabawi mula sa Center ng Aktibidad sa matematika at Agham: edinformatics.com
7. Manwal ng Manwal ng Paaralang Pamantayan. Kabanata 01 Mga Alituntunin ng presyon.