Electricidade básicatecnoloxía

Principio de Pascal [facilmente explicable]

O físico e matemático francés Blaise Pascal (1623-1662), fixo varias contribucións na teoría da probabilidade, matemáticas e historia natural. O máis coñecido é o principio de Pascal, sobre o comportamento dos fluídos.

O postulado de Pascal é bastante sinxelo, fácil de entender e moi útil. A través de experimentos, Pascal descubre que a presión nos líquidos, nun estado de repouso, transmítese uniformemente ao longo do volume e en todas as direccións.

Declaración de Pascal, Baseado no estudo dos fluídos, úsase para o deseño dunha gran variedade de equipos hidráulicos como prensas, ascensores, freos de automóbiles, entre outros.

Conceptos básicos para comprender o principio de Pascal

Presión

A presión é a relación da forza aplicada por unidade de área. Mídese en unidades como Pascal, barra, atmosfera, quilogramos por centímetro cadrado, psi (libra por polgada cadrada), entre outras. [1]

Presión

A presión é inversamente proporcional á superficie ou área aplicada: canto maior sexa a área, menos presión, menos área, maior será a presión. Por exemplo, na figura 2 exerce unha forza de 10 N sobre un cravo cuxa punta ten unha área moi pequena, mentres que a mesma forza de 10 N aplícase a un cincel cuxa punta ten unha área maior que a punta do cravo. Dado que a uña ten unha punta moi pequena, aplícase toda a forza sobre a súa punta, exercendo unha gran presión sobre ela, mentres que no cincel, a área máis grande permite distribuír máis a forza, xerando menos presión.

A presión é inversamente proporcional á área

Este efecto tamén se pode observar en area ou neve. Se unha muller leva un zapato deportivo ou un zapato de tacón moi pequeno, cun zapato de tacón moi fino, tende a afundirse aínda máis xa que todo o seu peso concéntrase nunha zona moi pequena (o talón).

Presión hidrostática

É a presión exercida por un fluído en repouso sobre cada unha das paredes do recipiente que contén o fluído. Isto ocorre porque o líquido toma a forma do recipiente e está en repouso, como consecuencia, ocorre que unha forza uniforme actúa sobre cada unha das paredes.

Fluídos

A materia pode estar en estado sólido, líquido, gasoso ou plasma. A materia en estado sólido ten unha forma e un volume definidos. Os líquidos teñen un volume definido, pero non unha forma definida, adoptando a forma do recipiente que os contén, mentres que os gases non teñen un volume definido nin unha forma definida.

Os líquidos e os gases considéranse "fluídos", xa que, nestes, as moléculas están unidas por forzas de cohesión débiles, cando son sometidas a forzas tanxenciais tenden a fluír, movéndose no recipiente que as contén. Os fluídos son sistemas en constante movemento.

Os sólidos transmiten a forza que se exerce sobre ela, mentres que nos líquidos e gases transmítese a presión.

PRINCIPIO DE PASCAL

O físico e matemático francés Blaise Pascal, fixo varias contribucións na teoría das probabilidades, matemáticas e historia natural. O máis coñecido é o principio que leva o seu nome sobre o comportamento dos fluídos. [2]

Declaración do principio de Pascal

Principio de Pascal afirma que a presión exercida en calquera lugar dun fluído pechado e incompresible transmítese igualmente en todas as direccións ao longo do fluído, é dicir, a presión en todo o fluído é constante. [3].

Na figura 3 pódese ver un exemplo do principio de Pascal. Os buratos facíanse nun recipiente e tapábanse con cortizas, despois enchíanse de auga (fluído) e colocábase unha tapa. Cando se aplica unha forza á tapa do recipiente, preséntase na auga unha presión que é igual en todas as direccións, facendo que saian todos os tapóns que estaban nos buratos.

Principio de Pascal

Un dos seus experimentos máis coñecidos foi o da xeringa de Pascal. A xiringa encheuse dun líquido e conectouse a tubos, cando se exercía presión sobre o émbolo da xiringa, o líquido subía á mesma altura en cada un dos tubos. Así comprobouse que o aumento da presión dun líquido que está en repouso transmítese uniformemente ao longo do volume e en todas as direccións. [4].

SOLICITUDES DO PRINCIPIO PASCAL

As aplicacións do Principio de Pascal Pódense ver na vida cotiá en numerosos equipos hidráulicos como prensas hidráulicas, polipastos, freos e gatos.

Prensa hidráulica

A prensa hidráulica é un dispositivo que permite amplificar forzas. O principio de funcionamento, baseado no principio de Pascal, úsase en prensas, ascensores, freos e nunha gran variedade de dispositivos hidráulicos.

Está composto por dous cilindros, de diferentes áreas, cheos de aceite (ou outro líquido) e comunicados entre si. Tamén hai dous pistóns ou pistóns que caben nos cilindros para que estean en contacto co fluído. [5].

Na figura 4 móstrase un exemplo de prensa hidráulica. Cando se aplica unha forza F1 ao pistón de área A1 máis pequena, créase unha presión no líquido que se transmite instantaneamente dentro dos cilindros. No pistón cunha superficie A2 maior, experimentase unha forza F2, moito maior que a aplicada, que depende das relacións das áreas A2 / A1.

Prensa hidráulica

Exercicio 1. Para levantar un coche, quere construír un gato hidráulico. Que relación deben ter os diámetros dos pistóns de ariete hidráulico para que, aplicando unha forza de 100 N, poida levantar un coche de 2500 kg sobre o pistón máis grande? Vexa a figura 5.

Exercicio de Pascal

Solución

Nos gatos hidráulicos cúmprese o principio de Pascal, onde a presión de aceite dentro do gato hidráulico é a mesma, pero as forzas "multiplícanse" cando os pistóns teñen diferentes áreas. Para determinar a relación de área dos pistóns de gato hidráulico:

  • Dada a masa do coche, 2.500 kg, que desexa levantar, determine o peso do coche empregando a segunda lei de Newton. [6]

Convidámoste a ver o artigo As leis de Newton "fáciles de entender"

  • Aplícase o principio de Pascal, igualando as presións nos pistóns.
  • Limítase a relación de área dos émbolos e substitúense os valores. Vexa a figura 6.
Exercicio 1- solución

As áreas dos émbolos deben ter unha relación de 24,52, por exemplo, se ten un émbolo pequeno cun raio de 3 cm (área A1= 28,27 cm2), o émbolo grande debería ter un raio de 14,8 cm (área A2= 693,18 cm2).

Ascensor hidráulico

Un ascensor hidráulico é un dispositivo mecánico que se usa para levantar obxectos pesados. Os ascensores hidráulicos úsanse en moitas tendas de automóbiles para realizar reparacións baixo vehículos.

O funcionamento dos ascensores hidráulicos baséase no principio de Pascal. Os ascensores xeralmente usan aceite para transmitir a presión aos pistóns. Un motor eléctrico activa unha bomba hidráulica que exerce presión sobre o pistón coa área máis pequena. No pistón con maior superficie, a forza "multiplícase", podendo levantar os vehículos a reparar. Vexa a figura 7.

Ascensor hidráulico

Exercicio 2. Atopa a carga máxima que se pode levantar cun elevador hidráulico cuxa área do pistón máis pequeno é de 28 cm2 e a do pistón máis grande é de 1520 cm2, cando a forza máxima que se pode aplicar é de 500 N. Ver figura 8.

Exercicio 2- declaración de prensa hidráulica

Solución:

Dado que o principio de Pascal se cumpre nos levantadores hidráulicos, as presións sobre os pistóns serán iguais, coñecendo así a forza máxima que se pode aplicar sobre o pistón máis pequeno, calcúlase a forza máxima que se exercerá sobre o pistón grande (F2), como mostrado na figura 9.

cálculo da forza máxima

Coñecendo o peso máximo (F2) que se pode levantar, a masa determínase utilizando a segunda lei de Newton [6], polo que se poden levantar vehículos que pesan ata 2766,85 kg. Vexa a figura 10. Segundo a táboa da figura 8, das masas medias do vehículo, o ascensor só poderá levantar coches compactos, cunha masa media de 2.500 kg.

Exercicio 2 - solución

Freos hidráulicos

Os freos úsanse nos vehículos para diminuílos ou detelos completamente. En xeral, os freos hidráulicos teñen un mecanismo como o que se mostra na figura. Ao presionar o pedal do freo aplícase unha forza que se transmite a un pistón de pequena área. A forza aplicada crea unha presión no interior do fluído de freos. [7].

No líquido a presión transmítese en todas as direccións, ata un segundo pistón onde se amplifica a forza. O pistón actúa sobre discos ou bidóns para frear os pneumáticos do vehículo.

Freos hidráulicos

CONCLUSIÓNS

Principio de Pascal afirma que, para os fluídos incompresibles en repouso, a presión é constante en todo o fluído. A presión exercida en calquera parte do fluído pechado transmítese igualmente en todas as direccións e direccións.

Entre as aplicacións de Principio de Pascal Existen numerosos equipos hidráulicos como prensas, ascensores, freos e gatos, dispositivos que permiten amplificar as forzas, segundo unha relación de áreas nos émbolos do dispositivo.

Non deixe de revisar na nosa web o Lei de Newton, Principios termodinámicos, The Principio de Bernoulli entre outras moi interesantes.

REFERENCIAS

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

Publicacións relacionadas

Deixe un comentario

A %d bloggers coma este: