Articolo sul principio di Pascal
Come funziona il principio di funzionamento di un sollevatore idraulico per sollevare un'auto? Qual è il principio di funzionamento dei freni idraulici quando vengono utilizzati per ridurre la velocità dell'auto? Per comprendere meglio questi concetti, è necessario studiare il principio di Pascal.
Ogni fluido esercita sempre una pressione su tutti gli oggetti con cui entra in contatto. L'acqua che mettiamo in un bicchiere eserciterà pressione sulla parete di vetro. Allo stesso modo, se facciamo il bagno in piscina o al mare, l'acqua della piscina o del mare esercita pressione su tutto il nostro corpo.
La pressione totale dell'acqua a una certa profondità, ad esempio la pressione dell'acqua di mare a una profondità di 200 metri, è la somma della pressione atmosferica e della pressione misurata a una profondità di 200 metri. Quindi, oltre alla pressione dell'acqua.
C'è anche l'atmosfera che sopprime la superficie dell'acqua di mare.
La pressione atmosferica agisce su tutte le superfici dei fluidi e si distribuisce in tutte le loro parti. Pertanto, la pressione totale del fluido a una determinata profondità, oltre a quella esercitata dallo strato superficiale, è influenzata anche dalla pressione atmosferica.
Per comprendere meglio questa spiegazione, esaminiamo il liquido contenuto in un recipiente.
La pressione del liquido sul fondo del contenitore è, ovviamente, maggiore della pressione del liquido nella parte superiore. Più si scende verso il basso, maggiore è la pressione del liquido; al contrario, più ci si avvicina alla superficie superiore del contenitore, minore è la pressione del liquido.
La pressione è proporzionale a ρ gh (ρ = densità, g = accelerazione di gravità e h = altezza o profondità). In ogni punto alla stessa profondità, la pressione è la stessa. Questo vale per tutti i liquidi in qualsiasi contenitore e non dipende dalla forma del contenitore.
Se applichiamo una pressione esterna, ad esempio premendo sulla superficie del liquido, l'aumento di pressione nel liquido è uniforme in ogni punto. Quindi, se viene esercitata una pressione esterna, ogni parte del liquido riceve la stessa quantità di pressione. Pertanto, la pressione è sempre la stessa in ogni punto alla stessa profondità. Questo è il principio di Pascal, formulato e chiamato così in onore di Blaise Pascal (1623-1662), filosofo e scienziato francese.
Il principio di Pascal afferma che la pressione applicata a un liquido in un luogo chiuso si trasmetterà a ogni parte del fluido e alle pareti del contenitore.
Applicazione del principio di Pascal
Basandosi sul principio di Pascal, l'uomo ha creato diversi strumenti, sia semplici che sofisticati, per semplificare la vita. Alcuni esempi sono i sollevatori idraulici, i freni idraulici, ecc.
Ascensore idraulico
Il sollevatore idraulico è costituito da un recipiente con due superfici. Su entrambe le superfici è presente un pistone, la cui area superficiale è minore a sinistra rispetto a destra. L'area superficiale del pistone è proporzionata all'area totale del recipiente. I recipienti sono riempiti con liquidi, come ad esempio lubrificanti.
Se il pistone con una piccola superficie viene premuto verso il basso, ogni parte del liquido anche
Pressione verso il basso. La pressione esercitata da un pistone con una piccola superficie viene trasmessa a tutte le parti del liquido. Di conseguenza, il liquido preme sul pistone con una superficie maggiore fino a spingerlo verso l'alto. La superficie del pistone premuto è piccola, quindi anche la forza necessaria per comprimere il liquido è piccola. Ma poiché la pressione si distribuisce su tutte le parti del liquido, la piccola forza si trasforma quando il liquido preme sul pistone a destra, che ha una superficie maggiore. Raramente si applica una forza di ingresso a un pistone con una superficie maggiore perché non è conveniente. Sulla parte superiore del pistone, che ha una superficie maggiore, vengono solitamente posizionati oggetti o cose che si desidera sollevare (ad esempio, un'automobile).
Non stupitevi se un'auto di massa considerevole si solleva facilmente premendo uno solo dei pistoni. La superficie del pistone è così piccola che anche la forza che applichiamo è minima. Tuttavia, una piccola forza in ingresso può trasformarsi in un'enorme forza in uscita se la superficie di contatto con il pistone è ampia.
Esempio di problema 1:
Conosciuto :
A 1 = 100 cm 2
A 2 = 250 cm 2
F 1 = 200 N
Ricercato: F 2
soluzione:
Esempio di problema 2:
Conosciuto :
A 1 = 100 cm 2 = 100 x 10 -4 m 2 = 0.01 m 2
A 2 = 250 cm 2 = 250 x 10 -4 m 2 = 0.025 m 2
Massa del carico = 200 kg
Densità dell'olio (ρ) = 780 kg/ m³
Altezza della colonna d'olio (h) = 2 m
Accelerazione di gravità (g) = 10 m/ s²
Ricercato :
Qual è la forza minima (F) da applicare affinché il carico sia in equilibrio (ovvero, il carico non si muova)?
soluzione:
