electricitat BàsicaTecnologia

Principi de Pascal [Explicat fàcilment]

El físic i matemàtic francès Blaise Pascal (1623-1662), va realitzar diferents contribucions en la teoria de probabilitats, matemàtiques i en història natural. La més coneguda és el principi de Pascal, sobre el comportament dels fluids.

El postulat de Pascal és bastant senzill, fàcil d'entendre i de gran utilitat. Mitjançant experiments, Pascal troba que la pressió en els líquids, en estat de repòs, es transmet de forma uniforme en tot el volum i en totes direccions.

L'enunciat de Pascal, base en l'estudi de fluids, s'utilitza per al disseny d'una gran varietat d'equips hidràulics com ara premses, elevadors, frens d'automòbils, entre d'altres.

Conceptes Bàsics per a entendre el Principi de Pascal

pressió

la pressió és la relació de la força aplicada per unitat de superfície. Es mesura en unitats tals com el Pascal, bar, atmosfera, quilograms per centímetres quadrats, psi (lliura per polzada quadrada), entre d'altres. [1]

pressió
Figura 1. citeia.com

la pressió és inversament proporcional a la superfície o àrea aplicada: a major àrea menor pressió, llevat àrea major pressió. Per exemple, a la figura 2 s'exerceix una força de 10 N sobre un clau la punta té una àrea molt petita, mentre que també s'aplica la mateixa força de 10 N sobre un cisell la punta és de major àrea que la punta de el clau . Ja que el clau és d'una punta molt petita tota la força s'aplica en la seva punta exercint una gran pressió sobre ella, mentre que en el cisell l'àrea més gran permet que la força es distribueixi més, generant-se menor pressió.

La pressió és inversament proporcional a l'àrea
Figura 2. citeia.com

Aquest efecte també es pot observar a la sorra oa la neu. Si una dona fa servir una sabata esportiu o una sabata de taló molt petit, amb la sabata de taló, de punta molt fina tendeix a enfonsar-se més ja que tot el seu pes queda concentrat en una àrea molt petita (el taló).

pressió hidrostàtica

És la pressió que exerceix un fluid en repòs sobre cadascuna de les parets de l'recipient que conté a el fluid. Això es deu al fet que el líquid pren la forma d'el recipient i aquest es troba en repòs, com a conseqüència, succeeix que sobre cadascuna de les parets actua una força uniforme.

fluids

La matèria pot estar en estat sòlid, líquid, gasós o plasma. La matèria en estat sòlid té forma i volum definit. Els líquids tenen volum definit, però no una forma definida, adoptant la forma d'el recipient que els conté, mentre que els gasos no tenen ni volum ni forma definits.

Els líquids i gasos es consideren "fluids", ja que, en aquests, les molècules es mantenen unides per forces cohesives febles, quan són sotmesos a forces tangencials tendeixen a fluir, movent-se en el recipient que els conté. Els fluids són sistemes que estan en continu moviment.

Els sòlids transmeten la força que s'exerceix sobre ell, mentre que en líquids i gasos es transmet la pressió.

PRINCIPI DE PASCAL

El físic i matemàtic francès Blaise Pascal, va realitzar diferents contribucions en la teoria de probabilitats, matemàtiques, i en història natural. La més coneguda és el principi que porta el seu nom sobre el comportament dels fluids. [2]

Enunciat de l'Principi de Pascal

El principi de Pascal estableix que la pressió exercida en qualsevol lloc d'un fluid tancat i incompressible es transmet per igual en totes les direccions a tot el fluid, és a dir, la pressió en tot el fluid és constant. [3].

A la figura 3 es pot observar un exemple del principi de Pascal. A un recipient se li van fer uns forats i es van tapar amb suros, després es va omplir amb aigua (fluid) i es va col·locar una tapa. A l'aplicar una força sobre la tapa de l'recipient, en l'aigua es presenta una pressió que és igual en totes direccions, fent sortir tots els suros que es trobaven en els forats.

Principi de Pascal
Figura 3. citeia.com

Un dels seus experiments més coneguts va ser el de la xeringa de pascal. La xeringa es trobava plena d'un líquid i connectat a uns tubs, a l'exercir pressió sobre el èmbol de la xeringa, el líquid s'elevava a la mateixa altura en cada un dels tubs. Així es va comprovar que l'increment en la pressió d'un líquid que es trobi en repòs, es transmet de forma uniforme en tot el volum i en totes direccions. [4].

APLICACIONS DEL PRINCIPI DE PASCAL

Les aplicacions de l' principi de Pascal es poden veure a la vida quotidiana en nombrosos equips hidràulics com les premses, elevadors, frens i gats hidràulic.

premsa hidràulica

La premsa hidràulica és un dispositiu que permet amplificar forces. El principi de funcionament, basat en el principi de Pascal, s'utilitza en premses, elevadors, frens, i en gran varietat de dispositius hidràulics.

Consisteix en dos cilindres, d'àrees diferents, plens d'oli (o un altre líquid) i comunicats entre si. També es col·loquen dos èmbols o pistons que s'ajusten als cilindres, de manera que estiguin en contacte amb el fluid. [5].

A la figura 4 es mostra un exemple d'una premsa hidràulica. Quan sobre l'èmbol de menor àrea A1 s'aplica una força F1, s'origina una pressió en el líquid que es transmet instantàniament dins dels cilindres. En l'èmbol de major àrea A2 s'experimenta una força F2, molt més gran que l'aplicada que depèn de les relacions de les àrees A2 / A1.

premsa hidràulica
Figura 4. citeia.com

Exercici 1. Per aixecar un automòbil, es desitja construir un gat hidràulic. Quina relació han de tenir els diàmetres dels èmbols de l'gat hidràulic perquè a l'aplicar una força de 100 N pugui aixecar un automòbil de 2500 kg en l'èmbol gran ?. Veure figura 5.

exercici Pascal
Figura 5. citeia.com

Solució

En els gats hidràulics es compleix el principi de Pascal, on la pressió de l'oli dins el gat hidràulic és la mateixa, però "es multipliquen" les forces a l'quan els èmbols tenen àrees diferents. Per determinar la relació d'àrees dels èmbols de l'gat hidràulic:

  • Donada la massa de l'automòbil, de 2.500 kg, que es vol aixecar, es determina el pes de l'automòbil utilitzant la segona llei de Newton. [6]

Et convidem a veure l'article Lleis de Newton "fàcil d'entendre"

  • S'aplica el principi de Pascal, igualant les pressions en els pistons.
  • S'aïlla la relació d'àrees dels èmbols i se substitueixen els valors. Veure figura 6.
Exercici 1- solució
Figura 6. citeia.com

Les àrees dels èmbols han de tenir una relació de 24,52, per exemple, si es té un èmbol petit de 3 cm de ràdio (àrea A1= 28,27 cm2), L'èmbol gran ha de tenir un radi de 14,8 cm (àrea A2= 693,18 cm2).

elevador hidràulic

Un elevador hidràulic és un aparell mecànic utilitzat per aixecar objectes pesats. En molts tallers mecànics s'utilitzen elevadors hidràulics per realitzar les reparacions per sota dels vehicles.

El funcionament dels elevadors hidràulics es basa en el principi de Pascal. En general, els elevadors utilitzen oli per a la transmissió de pressió en els pistons. Amb un motor elèctric s'activa una bomba hidràulica que exerceix pressió sobre el pistó de menor àrea. En el pistó de major àrea es "multiplica" la força, i pot elevar els vehicles a reparar. Veure figura 7.

elevador hidràulic
Figura 7. citeia.com

Exercici 2. Trobar la màxima càrrega que pot aixecar-se amb un elevador hidràulic l'àrea d'el pistó menor és de 28 cm2, i la de l'pistó major és de 1520 cm2, quan la força màxima que es pot aplicar és de 500 N. Veure figura 8.

Exercici 2- enunciat premsa hidràulica
Figura 8. citeia.com

Solució:

Ja que en els elevadors hidràulics es compleix el principi de Pascal, les pressions en els pistons seran iguals, així coneguda la força màxima que es pot aplicar en el pistó de menor grandària, es calcula la força màxima que s'ha d'exercir sobre el pistó gran ( F2), tal com es mostra a la figura 9.

càlcul de la força màxima
Figura 9. citeia.com

Conegut el pes màxim (F2) que es pot elevar, es determina la massa utilitzant la segona llei de Newton [6], així es poden aixecar vehicles de fins a 2766,85 kg. Veure figura 10. Segons la taula de la figura 8, de les masses mitjana de vehicles, amb l'elevador només es podran aixecar actuacions compactes, amb massa mitjana de 2.500 kg.

Exercici 2 - solució
Figura 10 citeia.com

frens hidràulics

En els vehicles s'utilitzen frens per disminuir la seva velocitat o detenir-los per complet. En general els frens hidràulics tenen un mecanisme com el mostrat a la figura. A l'trepitjar el pedal de el fre s'aplica una força que es transmet a un pistó d'àrea petita. Amb la força aplicada es crea una pressió a l'interior de el líquid de frens. [7].

En el líquid la pressió es transmet en totes direccions, fins a un segon èmbol on la força és amplificada. L'èmbol actua sobre discos o tambors per frenar els pneumàtics de el vehicle.

frens hidràulics
Figura 11 citeia.com

CONCLUSIONS

El principi de Pascal estableix que, per a fluids incompressibles en repòs, la pressió és constant en tot el fluid. La pressió exercida en qualsevol lloc de l'fluid tancat es transmet per igual en totes les direccions i sentits.

Entre les aplicacions de l' principi de Pascal es tenen nombrosos equips hidràulics com les premses, elevadors, frens i gats, dispositius que permeten amplificar forces, segons una relació d'àrees en els èmbols de el dispositiu.

No deixis de revisar a la nostra web la Llei de Newton, Els principis termodinàmics, el Principi de Bernoulli entre d'altres molt interessants.

REFERÈNCIES

[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]

Deixa una resposta

La seva adreça de correu electrònic no es publicarà. Els camps obligatoris estan marcats amb *

Aquest lloc té validesa Akismet per reduir el correu brossa. Aprèn com es processen les dades dels teus comentaris.