PASCAL'IN VARILI: NASIL ÇALIŞIR VE DENEYLER - FIZIKSEL - 2025

Varil Pascal kesin göstermek için 1646 Fransız bilim adamı Blaise Pascal tarafından gerçekleştirilen bir deney olduğu sıvı basıncı yayılır aynı aynı ne olursa olsun, bir kabın şekli.

Deney, bir namluyu, doldurma boynuna mükemmel şekilde ayarlanmış, ince ve çok uzun bir tüple doldurmaktan ibarettir. Sıvı, yaklaşık 10 metre yüksekliğe ulaştığında (7 istiflenmiş varile eşdeğer yükseklik), dar tüpteki sıvının uyguladığı basınç nedeniyle namlu patlar.

Pascal's Barrel çizimi. Kaynak: Wikimedia Commons.

Olgunun anahtarı, baskı kavramını anlamaktır. Bir sıvının bir yüzeye uyguladığı basınç P, o yüzey üzerindeki toplam kuvvet F'nin o yüzeyin A alanına bölünmesiyle elde edilir:

P = F / A

Pascal'ın namlusu nasıl çalışır?

Pascal'ın deneyinin fiziksel ilkelerini anlamak için suyla dolacak bir şarap varilinin dibindeki basıncı hesaplayalım. Hesaplamaların daha basit olması için aşağıdaki boyutlarda silindirik olduğunu varsayacağız: çap 90 cm ve yükseklik 130 cm.

Belirtildiği gibi, alttaki P basıncı, alttaki toplam F kuvvetinin, alttaki A alanına bölünmesiyle elde edilir:

P = F / A

Tabanın A alanı pi çarpı (.13.14), alt karenin yarıçapı R:

Bir = π⋅R ^ 2

Namlu durumunda, 0.6362 m ^ 2'ye eşdeğer 6362 cm ^ 2 olacaktır.

Namlunun altındaki F kuvveti suyun ağırlığı olacaktır. Bu ağırlık, suyun yoğunluğu ρ ile su hacmi ve yerçekimi ivmesi g ile çarpılarak hesaplanabilir.

F = ρ⋅A⋅h⋅g

Su dolu varil durumunda:

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

Kuvvet, newton cinsinden hesaplanmıştır ve bir tona oldukça yakın bir değer olan 827 kg-f'ye eşittir. Namlu altındaki basınç:

P = F / A = 8271 N / 0,6362 m ^ 2 = 13000 Pa = 13 kPa.

Uluslararası SI ölçüm sisteminde basınç birimi olan Pascal (Pa) cinsinden hesaplanmıştır. Bir atmosfer basıncı 101325 Pa = 101,32 kPa'ya eşittir.

Dikey bir tüpün altındaki basınç

İç çapı 1 cm ve namluya eşit, yani 1.30 metre yüksekliğe sahip küçük bir tüp düşünelim. Tüp, alt ucu dairesel bir kapakla kapatılacak şekilde dikey olarak yerleştirilir ve üst ucunda su ile doldurulur.

Önce tüpün tabanının alanını hesaplayalım:

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

Tüpte bulunan suyun ağırlığı aşağıdaki formüle göre hesaplanır:

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

Diğer bir deyişle, suyun ağırlığı 0.1 kg-f, yani sadece 100 gramdır.

Şimdi basıncı hesaplayalım:

P = F / A = 1 N / 0,0000785 m ^ 2 = 13000 Pa = 13 kPa.

İnanılmaz! Basınç, namlu ile aynıdır. Bu hidrostatik paradokstur.

Deneyler

Pascal'ın namlusunun altındaki basınç, namlunun kendisinde bulunan suyun ürettiği basınç ile ağza bağlanan 9 metre yüksekliğinde ve 1 cm çapında dar bir tüpte bulunan suyun basıncının toplamı olacaktır. varil doldurma.

Şekil 2. Blaise Pascal (1623-1662). Kaynak: Versailles Sarayı. Tüpün alt ucundaki basınç şu şekilde verilecektir:

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

Önceki ifadede, tüp gibi büyük veya küçük bir alan olması fark etmeksizin, A alanının iptal edildiğine dikkat edin. Diğer bir deyişle basınç, çaptan bağımsız olarak tabana göre yüzeyin yüksekliğine bağlıdır.

Bu basınca, namlunun kendisinin altındaki basıncını da ekleyelim:

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

Namlu dibine ne kadar kuvvet uygulandığını bulmak için, toplam basıncı namlu dibinin alanıyla çarparız.

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

Yani namlunun alt kısmı 6,5 ton ağırlığı destekliyor.

Uygulamaya koymak

Pascal'ın varil deneyi, daha küçük ölçekte yapılması koşuluyla evde kolayca tekrarlanabilir. Bunun için sadece boyutları küçültmek değil, aynı zamanda namluyu basınca daha az dirençli bir bardak veya kapla değiştirmek de gerekli olacaktır.

malzemeler

1- Kapaklı tek kullanımlık polistiren bardak. İspanyolca konuşulan ülkeye göre, polistiren farklı şekillerde adlandırılır: beyaz mantar, strafor, polistiren, köpük, anime ve diğer isimler. Bu kapaklar genellikle hazır yemek satış yerlerinde bulunur.

2- Plastik hortum, tercihen şeffaf 0,5 cm veya daha küçük ve 1,5 ila 1,8 m uzunluğunda.

3- Ambalaj için yapışkan bant.

Deneyi yürütme prosedürü

- Polistiren kabın kapağını matkap ucu, zımba, bıçak veya kesici ile deliniz, böylece hortumun sıkıca geçeceği bir delik açılacaktır.

- Hortumu kapaktaki delikten geçirin, böylece hortumun küçük bir kısmı kaseye geçecektir.

- Kapağın her iki yanındaki kapakla hortum eklemini kapatan bantla düzgünce kapatın.

- Kapağı kavanozun üzerine yerleştirin ve kapak ile kavanoz arasındaki bağlantıyı ambalaj bandıyla kapatın, böylece su çıkmaz.

- Bardağı yere koyun ve ardından hortumu gerip kaldırmanız gerekir. Damla, tabure veya merdiven kullanarak ayağa kalkmak faydalı olabilir.

- Bardağı hortumdan su ile doldurun. Doldurmayı kolaylaştırmak için hortumun ucuna yerleştirilen küçük bir huni ile yardımcı olunabilir.

Bardak dolduğunda ve su seviyesi hortumdan yükselmeye başladığında basınç artar. Pascal'ın ünlü namlusu ile gösterdiği gibi, polistiren camın basınca ve patlamalara dayanmadığı bir zaman gelir.

Referanslar

1. Hidrolik baskı. Encyclopædia Britannica'dan alındı: britannica.com.
2. Hidrostatik basınç. Sensors One'dan kurtarıldı: sensorone.com
3. Hidrostatik basınç. Petrol Sahası Sözlüğünden kurtarıldı: glossary.oilfield.slb.com
4. Pascal Prensibi ve Hidrolik. Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA). Grc.nasa.gov adresinden kurtarıldı.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Bilim ve Mühendislik için Fizik. Cilt 2. Meksika. Cengage Öğrenim Editörleri. 367-372.
6. Hidrostatik Basınç Nedir: Akışkan Basıncı ve Derinliği. Matematik ve Bilim Etkinlik Merkezinden kurtarıldı: edinformatics.com
7. Kuyu Kontrolü Okulu El Kitabı. Bölüm 01 Baskı ilkeleri.