Principiul vaselor comunicante – ce este și la ce folosește

Unul dintre pionierii în acest domeniu a fost fizicianul Blaise Pascal (1623 – 1662). În urma studiilor şi a experimentelor pe care le-a efectuat, omul de știință francez avea să formuleze în prima jumătate a secolului al XVII-lea principiul care astăzi îi poartă numele.

Acesta este cunoscut și sub denumirea de principiul vaselor comunicante, iar în acest articol îți vom spune ce este și la ce folosește.

Cine a fost Blaise Pascal?

Fizicianul francez Blaise Pascal a avut o viață scurtă, marcată de numeroase boli, care într-un final i-au curmat viața.

Datorită minții sale strălucite, el a fost capabil să investigheze diferite aspecte ale naturii și ale filozofiei. Contribuțiile lui nu s-au limitat doar la studierea comportamentului fluidelor. El a fost, în același timp, un pionier în domeniul calculului.

Pe când avea doar 19 ani, Pascal a creat un calculator mecanic pentru ca tatăl său să-l folosească în munca sa în sistemul fiscal francez, instrument care purta denumirea de pascalină.

De asemenea, împreună cu prietenul și colegul său, marele matematician Pierre de Fermat, a dat formă teoriei probabilităților, indispensabilă în Fizică și Statistică.

Pascal s-a stins din viață la Paris, la vârsta de 39 de ani.

Cum a demonstrat Blaise Pascal principiul vaselor comunicante?

Pentru a-și testa principiul formulat, Blaise Pascal a conceput o dovadă destul de puternică. A luat o sferă goală, a făcut mai multe găuri și le-a astupat cu dopuri, cu excepția uneia.

Această gaură a umplut-o cu apă și a introdus o seringă prevăzută cu un piston. Prin creșterea suficientă a presiunii în acel piston, dopurile au fost împinse înspre afară în același timp.

Explicația este aceea că presiunea este transmisă în mod egal către toate punctele fluidului și în toate direcțiile, conform principiului lui Pascal.

Ce este principiul vaselor comunicante?

Manuelele de fizică ne învață că starea de agregare lichidă se caracterizează prin existenţa unor forţe de atracţie ce intervin între particulele componente.

Particulele de respingere sunt slabe, ceea ce înseamnă că, deși au volum propriu, fluidele nu au și o formă proprie, ci iau forma vasului în care sunt turnate.

În mecanica fluidelor, principiul vaselor comunicante spune că un lichid omogen care umple două sau mai multe vase care comunică la baza lor și care sunt supuse aceleiași presiuni atmosferice, se va echilibra la aceeași înălțime în fiecare dintre acestea. Suprafaţa lor liberă se află în acelaşi plan orizontal, indiferent de numărul, de forma ori de volumul vaselor.

Dacă într-unul dintre vase se va turna același lichid sau un lichid de aceeași densitate, acesta se va reechilibra la aceeași înălțime în toate vasele comunicante. Dacă densitatea lichidului dintr-un anumit vas va fi mai mare comparativ cu ​​celelalte, nivelul lui va fi mai mic.

Când două sau mai multe vase sunt legate între ele printr-o țeavă prin care curge un lichid, fluidul turnat într-unul dintre recipiente va curge prin țeavă şi în celelalte vase până când nivelul lichidului va fi acelaşi în toate recipientele.

Practic, conform legii lui Paascal, presiunea exterioară exercitată asupra unui lichid dintr-un vas se va transmite integral în toată masa lichidului și în toate direcțiile, așa cum spuneam.

Formula matematică a legii lui Pascal este:

Δp = ρg · Δh

unde,

𝝙p = presiunea hidrostatică (dată în pascal în SI), sau diferența de presiune în două puncte dintr-o coloană de fluid, datorită greutății fluidului;

ρ (ro) = densitatea fluidului (în kilograme pe metru cub în SI);

g = accelerația datorată gravitației (utilizând în mod normal accelerația nivelului mării datorită gravitației Pământului, în metri pe secundă pătrați)

Presiunea este definită ca raportul dintre forța perpendiculară pe o suprafață și suprafața acesteia:

p = F/S

unde,

p = presiunea;

F = forţa;

S = suprafaţa.

Unitatea de măsură este N/m² sau Pascal (Pa), unde 1 Pa = 1 Newton/m².

Unde are aplicare principiul vaselor comunicante?

Principiul vaselor comunicante și-a găsit aplicare încă din perioada Romei antice, atunci când oamenii își alimentau locuințele cu apă prin conducte de plumb.

Turnurile de apă permit distribuirea apei prin țevi la etajele superioare ale clădirilor cu suficientă presiune datorită aceluiași principiu al vaselor comunicante. În același timp, faptul că apa curge automat din fântânile arteziene se datorează tot principiului lui Pascal.

Una dintre cele mai cunoscute aplicații ale legii lui Pascal o reprezintă presa hidraulică. Principiul de funcționare al acesteia implică utilizarea unui piston cu ajutorul căruia se exercită o forță direct asupra unui lichid aflat într-un vas cu diametru mic.

Presiunea este transmisă printr-o conductă de legătură către un vas mai larg, care este prevăzut cu un piston de suprafață mai mare. Prin presa hidraulică se amplifică forţa transmisă, iar factorul de multiplicare este egal cu raportul suprafeţelor pistoanelor. Acasta este folosită la scaunele stomatologice şi la frânele hidraulice.

Principiul din spatele oricărui sistem hidraulic spune că forțele care sunt aplicate la un anumit punct vor fi transmise către alte puncte prin intermediul unui fluid incompresibil. În cazul frânei hidraulice, spre exemplu, este vorba despre lichidul de frână.

În același timp, principiul vaselor comunicante se aplică şi pentru a evidenţia două lichide cu densităţi diferite care nu se amestecă între ele, așa cum sunt apa şi uleiul.

Astfel, dacă vom turna apă şi ulei în cantități egale în două ramuri de diametre egale ale unui tub în forma literei U, atunci când sunt separate printr-un robinet, cele două fluide vor avea acelaşi nivel. Dacă robinetul de comunicare dintre cele două ramuri va fi deschis, atunci apa va pătrunde în ramura cu ulei pe care o va împinge în sus.

În aceste condiții, între ramurile vasului, la baza tubului, se va ivi o denivelare. Cu toate acestea, presiunile hidrostatice vor fi egale. Această metodă se foloseşte pentru determinarea densităţii lichidelor nemiscibile cu apa, însă rezultatul nu este cert din cauza măsurării imprecise ale nivelelor lichidului.

Abonați-vă la ȘTIRILE ZILEI pentru a fi la curent cu cele mai noi informații.

ABONEAZĂ-TE