Principio di Pascal [facilmente spiegato]
Il fisico e matematico francese Blaise Pascal (1623-1662), diede vari contributi alla teoria della probabilità, alla matematica e alla storia naturale. Il più noto è il principio di Pascal, sul comportamento dei fluidi.
Postulato di Pascalscal è abbastanza semplice, facile da capire e molto utile. Attraverso esperimenti, Pascal scopre che la pressione nei liquidi, in uno stato di riposo, si trasmette uniformemente in tutto il volume e in tutte le direzioni.
la dichiarazione di Pasquale, Basato sullo studio dei fluidi, viene utilizzato per la progettazione di un'ampia varietà di apparecchiature idrauliche come presse, ascensori, freni per auto, tra gli altri.
Concetti di base per comprendere il Principio di Pascal
pressione
La pressione è il rapporto tra la forza applicata per unità di superficie. Viene misurato in unità come Pascal, bar, atmosfera, chilogrammi per centimetri quadrati, psi (libbre per pollice quadrato), tra le altre. [1]
La pressione è inversamente proporzionale alla superficie o superficie applicata: maggiore è l'area, minore è la pressione, minore è l'area, maggiore è la pressione. Ad esempio, in figura 2 viene esercitata una forza di 10 N su un chiodo la cui punta ha un'area molto piccola, mentre la stessa forza di 10 N viene applicata su uno scalpello la cui punta ha un'area maggiore della punta del chiodo. Poiché il chiodo ha una punta molto piccola, tutta la forza viene applicata sulla sua punta, esercitando su di essa una grande pressione, mentre nello scalpello, l'area più ampia permette di distribuire maggiormente la forza, generando una pressione minore.
Questo effetto può essere osservato anche nella sabbia o nella neve. Se una donna indossa una scarpa sportiva o una scarpa con tacco molto piccolo, con una scarpa con tacco molto fine tende ad affondare di più poiché tutto il suo peso è concentrato in una zona molto piccola (il tallone).
Pressione idrostatica
È la pressione esercitata da un fluido a riposo su ciascuna delle pareti del contenitore che contiene il fluido. Questo perché il liquido prende la forma del recipiente e questo è a riposo, di conseguenza accade che su ciascuna delle pareti agisca una forza uniforme.
fluidi
La materia può essere allo stato solido, liquido, gassoso o plasma. La materia allo stato solido ha una forma e un volume definiti. I liquidi hanno un volume definito, ma non una forma definita, adottando la forma del contenitore che li contiene, mentre i gas non hanno né un volume né una forma definita.
Liquidi e gas sono considerati "fluidi", poiché, in questi, le molecole sono tenute insieme da deboli forze coesive, quando sono sottoposte a forze tangenziali tendono a fluire, spostandosi nel contenitore che le contiene. I fluidi sono sistemi in costante movimento.
I solidi trasmettono la forza che viene esercitata su di esso, mentre nei liquidi e nei gas si trasmette la pressione.
IL PRINCIPIO DI PASCAL
Il fisico e matematico francese Blaise Pascal ha dato vari contributi alla teoria della probabilità, alla matematica e alla storia naturale. Il più noto è il principio che porta il suo nome sul comportamento dei fluidi. ,
Dichiarazione del principio di Pascalscal
Il principio di Pascal afferma che la pressione esercitata ovunque in un fluido racchiuso e incomprimibile viene trasmessa equamente in tutte le direzioni in tutto il fluido, cioè la pressione in tutto il fluido è costante. [3].
Un esempio del principio di Pascal può essere visto nella Figura 3. Si praticavano dei fori in un contenitore e si coprivano con tappi di sughero, quindi si riempivano d'acqua (fluido) e si metteva un coperchio. Quando si applica una forza sul coperchio del contenitore, nell'acqua si presenta una pressione uguale in tutte le direzioni, facendo uscire tutti i tappi che erano nei fori.
Uno dei suoi esperimenti più noti fu quello della siringa di Pascal. La siringa è stata riempita con un liquido e collegata ad alcuni tubi, quando è stata esercitata una pressione sullo stantuffo della siringa, il liquido è salito alla stessa altezza in ciascuno dei tubi. Si è così riscontrato che l'aumento di pressione di un liquido a riposo si trasmette uniformemente in tutto il volume e in tutte le direzioni. [4].
APPLICAZIONI DEL PRINCIPIO PASCAL
Le applicazioni del Il principio di Pascal Possono essere visti nella vita di tutti i giorni in numerose apparecchiature idrauliche come presse idrauliche, paranchi, freni e martinetti.
Pressa idraulica
La pressa idraulica è un dispositivo che permette di amplificare le forze. Il principio di funzionamento, basato sul principio di Pascal, è utilizzato in presse, ascensori, freni e in un'ampia varietà di dispositivi idraulici.
Consiste di due cilindri, di aree diverse, riempiti di olio (o altro liquido) e comunicanti tra loro. Ci sono anche due pistoni o pistoni che si inseriscono nei cilindri, in modo che siano a contatto con il fluido. [5].
Un esempio di pressa idraulica è mostrato in figura 4. Quando viene applicata una forza F1 al pistone di area minore A1, si crea una pressione nel liquido che viene istantaneamente trasmessa all'interno dei cilindri. Nel pistone con area A2 maggiore si sperimenta una forza F2, molto maggiore di quella applicata, che dipende dai rapporti delle aree A2/A1.
Esercizio 1. Per sollevare un'auto, devi costruire un martinetto idraulico. Che relazione devono avere i diametri dei pistoni del pistone idraulico affinché applicando una forza di 100 N possa sollevare un'auto di 2500 kg sul pistone più grande? Vedi figura 5.
Soluzione
Nei martinetti idraulici viene rispettato il principio di Pascal, dove la pressione dell'olio all'interno del martinetto idraulico è la stessa, ma le forze si “moltiplicano” quando i pistoni hanno zone diverse. Per determinare il rapporto tra le aree dei pistoni del martinetto idraulico:
- Data la massa dell'auto, 2.500 kg, da sollevare, il peso dell'auto viene determinato utilizzando la seconda legge di Newton. [6]
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- Si applica il principio di Pascal, equalizzando le pressioni nei pistoni.
- La relazione dell'area degli stantuffi viene cancellata e i valori vengono sostituiti. Vedi figura 6.
Le aree degli stantuffi dovrebbero avere un rapporto di 24,52, ad esempio se si dispone di uno stantuffo piccolo con un raggio di 3 cm (area A1= 28,27 cm2), lo stantuffo grande dovrebbe avere un raggio di 14,8 cm (area A2= 693,18 cm2).
Ascensore idraulico
Un ascensore idraulico è un dispositivo meccanico utilizzato per sollevare oggetti pesanti. Gli ascensori idraulici sono utilizzati in molte officine automobilistiche per eseguire riparazioni sotto i veicoli.
Il funzionamento degli ascensori idraulici si basa sul principio di Pascal. Gli ascensori generalmente usano l'olio per trasmettere la pressione ai pistoni. Un motore elettrico aziona una pompa idraulica che esercita una pressione sul pistone con l'area più piccola. Nel pistone di area maggiore la forza si “moltiplica”, riuscendo a sollevare i veicoli da riparare. Vedi figura 7.
Esercizio 2. Trova il carico massimo che può essere sollevato con un sollevatore idraulico la cui area del pistone più piccolo è 28 cm2, e quella del pistone più grande è 1520 cm2, quando la forza massima che può essere applicata è 500 N. Vedi figura 8.
soluzione:
Poiché il principio di Pascal è soddisfatto nei sollevatori idraulici, le pressioni sui pistoni saranno uguali, quindi conoscendo la forza massima che può essere applicata al pistone più piccolo, si calcola la forza massima che sarà esercitata sul pistone grande ( F2), come mostrato in figura 9.
Conoscendo il peso massimo (F2) sollevabile, la massa viene determinata utilizzando la seconda legge di Newton [6], quindi possono essere sollevati veicoli fino a 2766,85 kg. Vedi figura 10. Secondo la tabella in figura 8, delle masse medie dei veicoli, l'ascensore sarà in grado di sollevare solo auto compatte con una massa media di 2.500 kg.
Freni idraulici
I freni vengono utilizzati sui veicoli per rallentarli o fermarli completamente. In generale, i freni idraulici hanno un meccanismo come quello mostrato in figura. Premendo il pedale del freno si applica una forza che viene trasmessa a un pistone di piccola area. La forza applicata crea una pressione all'interno del liquido dei freni. [7].
Nel liquido la pressione si trasmette in tutte le direzioni, fino ad un secondo pistone dove la forza viene amplificata. Il pistone agisce su dischi o tamburi per frenare le gomme del veicolo.
CONCLUSIONI
Il principio di Pascal afferma che, per fluidi incomprimibili a riposo, la pressione è costante in tutto il fluido. La pressione esercitata ovunque nel fluido racchiuso viene trasmessa equamente in tutte le direzioni e direzioni.
Tra le applicazioni del Il principio di Pascal Esistono numerose apparecchiature idrauliche come presse, elevatori, freni e martinetti, dispositivi che consentono di amplificare le forze, secondo un rapporto di aree nei pistoni del dispositivo.
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