برميل باسكال: كيف يعمل ويختبر - جسدي - بدني - 2026

كان برميل باسكال تجربة أجراها العالم الفرنسي بليز باسكال عام 1646 ليثبت بشكل قاطع أن ضغط السائل ينتشر بنفس الطريقة ، بغض النظر عن شكل الحاوية.

تتكون التجربة من ملء برميل بأنبوب رفيع وطويل جدًا ، ومعدّل تمامًا على رقبة الحشو. عندما يصل ارتفاع السائل إلى حوالي 10 أمتار (ارتفاع يعادل 7 براميل مكدسة) ، ينفجر البرميل بسبب الضغط الذي يمارسه السائل في الأنبوب الضيق.

رسم توضيحي لبرميل باسكال. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

مفتاح هذه الظاهرة هو فهم مفهوم الضغط. الضغط P الذي يمارسه مائع على سطح ما هو إجمالي القوة F على ذلك السطح مقسومة على المنطقة A من ذلك السطح:

P = F / A

كيف يعمل برميل باسكال؟

لفهم المبادئ الفيزيائية لتجربة باسكال ، دعونا نحسب الضغط في قاع برميل النبيذ الذي سيمتلئ بالماء. لمزيد من البساطة في الحسابات ، سنفترض أنها أسطوانية بالأبعاد التالية: قطر 90 سم وارتفاع 130 سم.

كما هو مذكور ، فإن الضغط P في الأسفل هو إجمالي القوة F في الأسفل ، مقسومًا على المنطقة A من القاع:

P = F / A

المنطقة أ من القاع تساوي باي مرات (3.14) نصف القطر R للقاع السفلي:

أ = π⋅R ^ 2

في حالة البرميل سيكون 6362 سم ​​2 ما يعادل 0.6362 م 2.

ستكون القوة F في قاع البرميل هي وزن الماء. يمكن حساب هذا الوزن بضرب كثافة ρ الماء في حجم الماء وبتسارع الجاذبية g.

F = ρ⋅A⋅h⋅g

في حالة البرميل المليء بالماء لدينا:

F = ρ⋅A⋅h⋅g = 1000 (كجم / م ^ 3) ⋅ 0.6362 م ^ 2 ⋅1.30 م 10 (م / ث ^ 2) = 8271 شمالًا.

تم حساب القوة بالنيوتن وتعادل 827 كجم-فهرنهايت ، وهي قيمة قريبة جدًا من طن واحد. الضغط في قاع البرميل هو:

P = F / A = 8271 N / 0.6362 م ^ 2 = 13000 باسكال = 13 كيلو باسكال.

تم حساب الضغط بوحدة باسكال (Pa) وهي وحدة الضغط في نظام القياس الدولي SI. جو واحد من الضغط يساوي 101325 باسكال = 101.32 كيلو باسكال.

الضغط في قاع الأنبوب الرأسي

لنفكر في أنبوب صغير قطره الداخلي 1 سم وارتفاعه يساوي ارتفاع البرميل ، أي 1.30 متر. يتم وضع الأنبوب عموديًا مع إغلاق طرفه السفلي بغطاء دائري ومملوء بالماء في نهايته العليا.

لنحسب أولاً مساحة قاع الأنبوب:

أ = π⋅R ^ 2 = 3.14 * (0.5 سم) ^ 2 = 0.785 سم ^ 2 = 0.0000785 م ^ 2.

يتم حساب وزن الماء الموجود في الأنبوب بالصيغة التالية:

F = ρ⋅A⋅h⋅g = 1000 (كجم / م ^ 3) ⋅0.0000785 م ^ 2 ⋅1.30 م 10 (م / ث ^ 2) = 1.0 ن.

بعبارة أخرى ، وزن الماء 0.1 كجم-فهرنهايت ، أي 100 جرام فقط.

الآن دعونا نحسب الضغط:

P = F / A = 1 N / 0.0000785 م ^ 2 = 13000 باسكال = 13 كيلو باسكال.

رائعة حقا! الضغط هو نفس ضغط البرميل. هذه هي المفارقة الهيدروستاتيكية.

التجارب

سيكون الضغط في قاع برميل باسكال هو مجموع الضغط الناتج عن الماء الموجود في البرميل نفسه بالإضافة إلى ضغط الماء الموجود في أنبوب ضيق بارتفاع 9 أمتار وقطر 1 سم متصل بالفم. ملء برميل.

الشكل 2. بليز باسكال (1623-1662). المصدر: قصر فرساي. الضغط في الطرف السفلي من الأنبوب سيعطى بواسطة:

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

لاحظ أنه في التعبير السابق ، تم إلغاء المنطقة A ، بغض النظر عما إذا كانت مساحة كبيرة أو صغيرة مثل الأنبوب. بمعنى آخر ، يعتمد الضغط على ارتفاع السطح بالنسبة للقاع ، بغض النظر عن القطر.

دعونا نضيف إلى هذا الضغط ضغط البرميل نفسه في قاعه:

_إجمالي الفوسفور = 90 كيلو باسكال + 13 كيلو باسكال = 103 كيلو باسكال.

لمعرفة مقدار القوة التي يتم تطبيقها على قاع البرميل ، نقوم بضرب إجمالي الضغط في مساحة قاع البرميل.

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

بمعنى آخر ، يدعم قاع البرميل 6.5 طن من الوزن.

وضعه موضع التنفيذ

تجربة باسكال للبرميل قابلة للتكرار بسهولة في المنزل ، بشرط أن تتم على نطاق أصغر. لهذا ، لن يكون من الضروري فقط تقليل الأبعاد ، ولكن أيضًا استبدال البرميل بزجاج أو حاوية ذات مقاومة أقل للضغط.

المواد

1- كوب بوليسترين مع غطاء. وفقًا للبلد الناطق بالإسبانية ، يُسمى البوليسترين بطرق مختلفة: الفلين الأبيض والستايروفوم والبوليسترين والرغوة والأنيمي وأسماء أخرى. غالبًا ما توجد هذه الأغطية في منافذ الوجبات السريعة.

2- خرطوم بلاستيكي ويفضل أن يكون قطره 0.5 سم أو أصغر وطوله 1.5 إلى 1.8 متر.

3- شريط لاصق للتغليف.

الإجراء لإجراء التجربة

- قم بتثقيب غطاء كوب البوليسترين بمساعدة مثقاب ، بلكمة أو سكين أو قاطع ، بحيث يتم عمل ثقب يمر من خلاله الخرطوم بإحكام.

- مرر الخرطوم عبر الفتحة الموجودة في الغطاء ، بحيث يمر جزء صغير من الخرطوم في الوعاء.

- ختم بإحكام بشريط لتعبئة وصلة الخرطوم بالغطاء على جانبي الغطاء.

- ضع الغطاء على البرطمان وأغلق الوصلة بين الغطاء والبرطمان بشريط تغليف حتى لا يتسرب الماء.

- ضع الزجاج على الأرض ، وبعد ذلك عليك أن تمد وترفع الخرطوم. قد يكون من المفيد الاستيقاظ باستخدام قطرة أو كرسي أو سلم.

- املأ الكوب بالماء من خلال الخرطوم. يمكن مساعدته من خلال قمع صغير يوضع على طرف الخرطوم لتسهيل الملء.

عندما يمتلئ الكوب ويبدأ مستوى الماء في الارتفاع من خلال الخرطوم ، يزداد الضغط. يأتي وقت لا يتحمل فيه زجاج البوليسترين الضغط والانفجار ، كما أوضح باسكال ببرميله الشهير.

المراجع

1. الضغط الهيدروليكي. تم الاسترجاع من Encyclopædia Britannica: britannica.com.
2. الضغط الهيدروليكي. تم الاسترجاع من Sensors One: sensorsone.com
3. الضغط الهيدروليكي. تم الاسترجاع من مسرد حقول النفط: glossary.oilfield.slb.com
4. مبدأ باسكال والمكونات الهيدروليكية. الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (ناسا). تم الاسترجاع من: grc.nasa.gov.
5. سيرواي ، آر ، جيويت ، ج. (2008). فيزياء للعلوم والهندسة. المجلد 2. المكسيك. محررو Cengage Learning. 367 - 372.
6. ما هو الضغط الهيدروستاتيكي: ضغط السوائل والعمق. تم الاسترجاع من مركز نشاط الرياضيات والعلوم: edinformatics.com
7. دليل مدرسة التحكم الجيد. الفصل 01 مبادئ الضغط.