Middelbare schoolactiviteiten volgens het principe van Pascal

Een drukverandering die op een ingesloten vloeistof wordt uitgeoefend, wordt onverminderd doorgegeven aan elk punt van de vloeistof en aan de wanden van de houder. Dit is een verklaring van Pascal's Principe, dat de basis is van de hydraulische krik die je in de garage ziet liften. De relatief kleine krachtinbreng bij één zuiger drijft de tweede zuiger onder de auto omhoog, omdat de druk via een tussenvloeistof wordt overgedragen van de ene zuiger naar de andere. U kunt deze overdracht van druk in de klas demonstreren zonder het gebruik van zuigers of andere complexe apparatuur.

Ballon

Stap op een ballon en de drukverhoging wordt verspreid over de binnenkant van de ballon. Het dunner worden van de wanden en het mogelijk zelfs knallen tonen deze overdracht van drukverhoging aan. Dit voorbeeld is vrij eenvoudig en geeft niet echt de subtiliteit van het principe weer.

Ei

Doe uit voorzorg een ei in een plastic zak. Probeer vervolgens het ei met één blote hand te pletten en zorg ervoor dat je je vingers zo veel mogelijk om de omtrek van het ei wikkelt. Het ei zal niet breken, omdat de druk van buitenaf gelijkmatig wordt verdeeld en de vloeistof in het ei gelijkmatig verdeeld terugdringt. Het is vergelijkbaar met het laten vallen van het ei in een mijl-diepe oceaan. Het zou nog steeds geen mijl afbreken, omdat de druk van binnen en van buiten zich gelijkmatig opbouwt en tegenwerkt.

Fles

Veel dramatischer is de demonstratie in glazen flessen van Pascal's Principle. Kies een glazen fles met een schroefdop. Vul hem bijna tot aan de rand met water. Schroef de dop erop. Houd de fles boven de gootsteen van het klaslokaal. Sla met de bal van de duim op de dop (thenar eminence). Met voldoende plotselinge kracht zal de bodem van de fles eruit vallen, evenals alle vloeistof erin. De cirkelvormige naad waar de bodem tijdens de productie met de rest van de fles wordt verbonden, is waar de breuk optreedt. Deze demonstratie is echter gemakkelijker uit te voeren met een rubberen hamer.

De reden dat deze demonstratie werkt, is omdat de plotselinge toename van de druk door de fles wordt overgebracht, volgens het principe van Pascal. Een gelijkmatige krachtverdeling drukt op de bodem van de fles. De naad net boven de bodem is toevallig het zwakste "gewricht" in de fles, dus daar begeeft de fles het. Merk op dat omdat de dop van de fles veel kleiner is dan de bodem van de fles, de vloeistof binnenin meer kracht op de bodem uitoefende dan de hand op de vloeistof. Bovendien hoeft de bodem alleen op moleculaire schaal naar buiten te worden bewogen - de breedte van een paar atomen - om de naad rond de bodem te breken, terwijl de hand de dop over een veel grotere afstand naar binnen raakt. Daardoor valt de bodem uit door een grotere kracht te ondergaan, zij het over een kortere afstand.

Bedenk dat energie, als arbeid, kracht maal de afstand is waarover de kracht wordt uitgeoefend. Daarom wordt bij deze demonstratie energie bespaard omdat de kracht op de bodem van de fles de bodem zo'n kleine afstand verplaatst. Net als de autolift van een monteur, is de flessendemonstratie een mix van zowel het principe van Pascal als het concept van hefboomwerking in vergrotende kracht terwijl nog steeds energie wordt bespaard.

  • Delen
instagram viewer