Princípio de Pascal [facilmente explicado]
O físico e matemático francês Blaise Pascal (1623-1662), fez várias contribuições para a teoria da probabilidade, matemática e história natural. O mais conhecido é o princípio de Pascal, sobre o comportamento dos fluidos.
Postulado de Pascal é bastante simples, fácil de entender e muito útil. Por meio de experimentos, Pascal constata que a pressão nos líquidos, em estado de repouso, é transmitida de maneira uniforme em todo o volume e em todas as direções.
Declaração de Pascal, Com base no estudo de fluidos, é utilizado para o projeto de uma ampla variedade de equipamentos hidráulicos como prensas, elevadores, freios de automóveis, entre outros.
Conceitos básicos para entender o Princípio de Pascal
Pressão
A pressão é a proporção da força aplicada por unidade de área. É medido em unidades como Pascal, bar, atmosfera, quilogramas por centímetro quadrado, psi (libra por polegada quadrada), entre outros. [1]
A pressão é inversamente proporcional à superfície ou área aplicada: quanto maior a área, menor a pressão, quanto menor a área, maior a pressão. Por exemplo, na Figura 2 uma força de 10 N é exercida sobre um prego cuja ponta tem uma área muito pequena, enquanto a mesma força de 10 N é aplicada sobre um cinzel cuja ponta tem uma área maior do que a ponta do prego. Como a ponta da haste é muito pequena, toda a força é aplicada na ponta, exercendo grande pressão sobre ela, enquanto no cinzel, a maior área permite que a força seja mais distribuída, gerando menos pressão.
Este efeito também pode ser observado na areia ou neve. Se a mulher usa calçado esportivo ou sapato de salto muito pequeno, com sapato de salto muito fino, ele tende a afundar ainda mais, pois todo o seu peso está concentrado em uma área muito pequena (o salto).
Pressão hidrostática
É a pressão exercida por um fluido em repouso em cada uma das paredes do recipiente que contém o fluido. Isso porque o líquido assume a forma do recipiente e este fica em repouso, como consequência, ocorre que uma força uniforme atua em cada uma das paredes.
fluidos
A matéria pode estar no estado sólido, líquido, gasoso ou de plasma. A matéria no estado sólido tem forma e volume definidos. Os líquidos têm volume definido, mas não forma definida, adotando a forma do recipiente que os contém, enquanto os gases não têm volume nem forma definida.
Líquidos e gases são considerados "fluidos", pois, nestes, as moléculas são mantidas juntas por forças coesivas fracas, quando submetidas a forças tangenciais tendem a fluir, movendo-se no recipiente que as contém. Fluidos são sistemas que estão em constante movimento.
Os sólidos transmitem a força que é exercida sobre eles, enquanto nos líquidos e gases a pressão é transmitida.
PRINCÍPIO DE PASCAL
O físico e matemático francês Blaise Pascal fez várias contribuições na teoria da probabilidade, matemática e história natural. O mais conhecido é o princípio que leva seu nome sobre o comportamento dos fluidos. [2]
Declaração do Princípio de Pascal
O princípio de Pascal afirma que a pressão exercida em qualquer lugar em um fluido incompressível encerrado é transmitida igualmente em todas as direções ao longo do fluido, ou seja, a pressão em todo o fluido é constante. [3].
Um exemplo do princípio de Pascal pode ser visto na Figura 3. Furos foram feitos em um recipiente e tapados com rolhas, em seguida enchidos com água (fluido) e colocada uma tampa. Quando é aplicada uma força na tampa do recipiente, apresenta-se na água uma pressão igual em todas as direções, fazendo com que saiam todas as rolhas que estavam nos furos.
Um de seus experimentos mais conhecidos foi o da seringa de Pascal. A seringa era preenchida com um líquido e conectada a tubos, quando pressionada no êmbolo da seringa, o líquido subia até a mesma altura em cada um dos tubos. Assim, constatou-se que o aumento da pressão de um líquido em repouso é transmitido de maneira uniforme em todo o volume e em todas as direções. [4].
APLICAÇÕES DO PRINCÍPIO PASCAL
As aplicações do Princípio de Pascal Eles podem ser vistos na vida cotidiana em vários equipamentos hidráulicos, como prensas hidráulicas, talhas, freios e macacos.
Prensa Hidraulica
A prensa hidráulica é um dispositivo que permite amplificar forças. O princípio de operação, baseado no princípio de Pascal, é usado em prensas, elevadores, freios e em uma ampla variedade de dispositivos hidráulicos.
É composto por dois cilindros, de áreas diferentes, cheios de óleo (ou outro líquido) e comunicados entre si. Existem também dois êmbolos ou pistões que se encaixam nos cilindros, para que fiquem em contato com o fluido. [5].
Um exemplo de prensa hidráulica é mostrado na figura 4. Quando uma força F1 é aplicada ao pistão de menor área A1, uma pressão é criada no líquido que é instantaneamente transmitida para dentro dos cilindros. No pistão com área A2 maior, é experimentada uma força F2, muito maior do que a aplicada, que depende das relações das áreas A2 / A1.
Exercício 1. Para erguer um carro, você deseja construir um macaco hidráulico. Que relação devem ter os diâmetros dos pistões do pistão hidráulico para que, aplicando uma força de 100 N, ele possa erguer um carro de 2500 kg com o pistão maior? Veja a figura 5.
Solução
Nos macacos hidráulicos, cumpre o princípio de Pascal, onde a pressão do óleo dentro do macaco hidráulico é a mesma, mas as forças são “multiplicadas” quando os pistões têm áreas diferentes. Para determinar a relação da área do pistão do macaco hidráulico:
- Dada a massa do carro, 2.500 kg, a ser levantada, o peso do carro é determinado usando a segunda lei de Newton. [6]
Nós convidamos você a ver o artigo Leis de Newton "fáceis de entender"
- O princípio de Pascal é aplicado, equalizando as pressões nos pistões.
- A relação de área dos êmbolos é apagada e os valores substituídos. Veja a figura 6.
As áreas dos êmbolos devem ter uma proporção de 24,52, por exemplo, se você tiver um êmbolo pequeno com um raio de 3cm (área A1= 28,27 cm2), o êmbolo grande deve ter um raio de 14,8 cm (área A2= 693,18 cm2).
elevador hidraulico
Um elevador hidráulico é um dispositivo mecânico usado para levantar objetos pesados. Elevadores hidráulicos são usados em muitas oficinas para realizar reparos embaixo do veículo.
A operação de elevadores hidráulicos é baseada no princípio de Pascal. Os elevadores geralmente usam óleo para transmitir pressão aos pistões. Um motor elétrico ativa uma bomba hidráulica que exerce pressão no pistão com a menor área. No pistão com maior área, a força é “multiplicada”, podendo levantar os veículos a serem reparados. Veja a figura 7.
Exercício 2. Encontre a carga máxima que pode ser levantada com um levantamento hidráulico cuja área do pistão menor é 28 cm2, e a do pistão maior é 1520 cm2, quando a força máxima que pode ser aplicada é 500 N. Veja Figura 8.
solução:
Como o princípio de Pascal é cumprido nos elevadores hidráulicos, as pressões nos pistões serão iguais, sabendo-se assim a força máxima que pode ser aplicada no pistão menor, calcula-se a força máxima que será exercida no pistão grande (F2), conforme mostrado na figura 9.
Sabendo-se o peso máximo (F2) que pode ser levantado, a massa é determinada usando a segunda lei de Newton [6], portanto, veículos com peso de até 2766,85 kg podem ser levantados. Ver figura 10. De acordo com a tabela da figura 8, das massas médias dos veículos, o elevador só poderá levantar carros compactos com massa média de 2.500 kg.
Freios hidráulicos
Os freios são usados em veículos para desacelerá-los ou pará-los completamente. Em geral, os freios hidráulicos possuem um mecanismo como o mostrado na figura. Pressionar o pedal do freio aplica uma força que é transmitida a um pistão de pequena área. A força aplicada cria uma pressão dentro do fluido de freio. [7].
No líquido a pressão é transmitida em todas as direções, até um segundo pistão onde a força é amplificada. O pistão atua sobre discos ou tambores para frear os pneus do veículo.
CONCLUSÕES
O princípio de Pascal afirma que, para fluidos incompressíveis em repouso, a pressão é constante em todo o fluido. A pressão exercida em qualquer parte do fluido encerrado é transmitida igualmente em todas as direções e direções.
Entre as aplicações do Princípio de Pascal São inúmeros os equipamentos hidráulicos como prensas, elevadores, freios e macacos, dispositivos que permitem amplificar as forças, de acordo com uma relação de áreas nos êmbolos do dispositivo.
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