O barril de Pascal é um dispositivo que exemplifica de forma prática o princípio da transmissão da pressão em líquidos. Criado pelo matemático e físico francês Blaise Pascal, esse experimento consiste em um recipiente cilíndrico cheio de água com um pistão móvel. Ao aplicar uma força em uma extremidade do pistão, a pressão é transmitida de forma uniforme por todo o líquido, fazendo com que o pistão se mova de acordo com a força aplicada. Neste artigo, exploraremos como o barril de Pascal funciona e alguns experimentos simples que podem ser feitos para demonstrar esse princípio de física.
Explicando de forma simples o princípio de Pascal e sua importância na física.
O princípio de Pascal é uma lei da física que afirma que quando uma pressão é aplicada a um fluido em um recipiente fechado, essa pressão é transmitida igualmente em todas as direções. Isso significa que se você aplicar uma força em um ponto de um fluido, essa força será distribuída de maneira uniforme por todo o fluido. Isso tem grande importância na física, pois é utilizado em diversos dispositivos e máquinas que dependem da transmissão de pressão, como os sistemas hidráulicos.
Barril de Pascal: como funciona e experimentos
O barril de Pascal é um experimento que ilustra de forma prática o princípio de Pascal. Consiste em um recipiente fechado com um fluido, geralmente água, e dois pistões ligados por um tubo cheio de líquido. Quando uma força é aplicada em um dos pistões, essa pressão é transmitida pelo líquido e faz com que o outro pistão se mova na mesma direção, com a mesma intensidade.
Um dos experimentos mais comuns com o barril de Pascal é o da prensa hidráulica. Neste experimento, ao aplicar uma pequena força em um dos pistões, é possível gerar uma força muito maior no outro pistão, devido à transmissão de pressão pelo fluido. Isso é utilizado em diversas aplicações práticas, como em elevadores hidráulicos e freios de carros.
O barril de Pascal é um experimento simples e eficaz para demonstrar esse princípio na prática, mostrando como a pressão é distribuída de forma igual em um fluido.
Funcionamento de prensas hidráulicas: Aplicação do princípio de Pascal e sua ideia fundamental.
As prensas hidráulicas são equipamentos que funcionam com base no princípio de Pascal, um dos princípios fundamentais da física. Este princípio estabelece que a pressão exercida em um ponto de um fluido em equilíbrio se transmite integralmente e de maneira uniforme em todas as direções, sem diminuição, desde que o recipiente que contém o fluido seja incompressível. Em outras palavras, a pressão aplicada em um ponto de um fluido é transmitida a todos os pontos do fluido de forma igual.
Em uma prensa hidráulica, esse princípio é aplicado de forma engenhosa para multiplicar a força aplicada. Consiste em dois pistões de áreas diferentes interligados por um tubo cheio de um fluido incompressível, como óleo. Quando uma força é aplicada no pistão de menor área, a pressão exercida é transmitida pelo fluido e resulta em uma força maior no pistão de maior área. Isso permite que uma pequena força aplicada em um ponto seja amplificada e resulte em uma força muito maior em outro ponto.
Essas prensas são amplamente utilizadas em diversas áreas, como na indústria automotiva, na indústria de fabricação de papel e na indústria de embalagens, devido à sua capacidade de gerar grandes forças de compressão com relativa facilidade.
Barril de Pascal: como funciona e experimentos
O Barril de Pascal é um experimento simples que ilustra o princípio de Pascal de forma prática. Consiste em um recipiente preenchido com água e fechado por um pistão de área menor em uma extremidade e um pistão de área maior na outra extremidade. Quando uma pequena força é aplicada no pistão de área menor, a pressão exercida é transmitida pelo fluido e resulta em uma força maior no pistão de área maior.
Esse experimento pode ser realizado de forma caseira com materiais simples, como seringas de tamanhos diferentes e água. Ao aplicar uma pequena força em uma seringa de menor tamanho, é possível observar como a água se desloca e exerce uma força maior na seringa de maior tamanho, demonstrando de forma prática o princípio de Pascal em ação.
Princípio de Pascal: entenda o funcionamento do elevador hidráulico em detalhes.
O Princípio de Pascal é uma lei da física que afirma que a pressão aplicada em um ponto de um fluido confinado se transmite integralmente a todos os pontos do fluido e às paredes do recipiente que o contém. Isso significa que se você aplicar uma força em um ponto de um líquido, essa força será distribuída de maneira uniforme por todo o líquido.
Um exemplo prático desse princípio é o funcionamento do elevador hidráulico. Nesse sistema, dois recipientes cheios de líquido estão interligados por um tubo e possuem um pistão em cada recipiente. Quando uma força é aplicada em um dos pistões, a pressão gerada é transmitida pelo líquido e atua sobre o outro pistão, elevando-o.
Para entender melhor, imagine que você está em um elevador hidráulico e pisa no pedal. Essa ação gera uma pressão no líquido que é transmitida para o outro pistão, que então se eleva. Assim, você consegue elevar objetos pesados com facilidade, aproveitando a vantagem mecânica proporcionada pelo Princípio de Pascal.
Barril de Pascal: como funciona e experimentos.
O Barril de Pascal é um experimento que ilustra o Princípio de Pascal de forma prática. Ele consiste em um recipiente cheio de água com um pistão em uma das extremidades. Quando uma força é aplicada no pistão, a pressão gerada é transmitida pelo líquido e atua sobre o fundo do recipiente, fazendo com que ele se eleve.
Um experimento interessante para demonstrar o funcionamento do Barril de Pascal é colocar uma pequena bola de plástico na água e aplicar uma força no pistão. A pressão gerada fará com que a bola seja comprimida contra o fundo do recipiente, mostrando como a força é distribuída de maneira uniforme pelo líquido.
Ele demonstra como a pressão em um ponto de um fluido confinado se transmite de forma igual para todos os pontos do fluido, permitindo a realização de diversas aplicações práticas.
Como o princípio de Pascal é utilizado em situações do dia a dia?
O princípio de Pascal é amplamente utilizado em diversas situações do dia a dia, como no funcionamento de sistemas hidráulicos, freios de carros, elevadores e até mesmo no simples ato de apertar uma seringa. Esse princípio, formulado pelo físico e matemático Blaise Pascal, afirma que a pressão aplicada em um ponto de um fluido em equilíbrio se transmite integralmente e de maneira igual em todas as direções.
Um exemplo prático do princípio de Pascal é o Barril de Pascal, um experimento que ilustra de forma simples como a pressão é transmitida em um líquido. O barril consiste em um recipiente cheio de água com um êmbolo na parte superior. Ao aplicar uma força no êmbolo, a pressão gerada é transmitida por todo o líquido de forma igual, fazendo com que a água jorre por um tubo conectado na parte inferior do barril.
Para entender melhor o funcionamento do Barril de Pascal, podemos realizar um experimento simples em casa. Basta encher um recipiente com água, colocar um tubo na parte inferior e aplicar pressão em um dos lados do recipiente. Como resultado, a água sairá pelo tubo devido à transmissão de pressão conforme o princípio de Pascal.
O Barril de Pascal é um ótimo exemplo para demonstrar na prática como essa lei física atua e como podemos utilizá-la em experimentos simples e educativos.
Barril de Pascal: como funciona e experimentos
O barril Pascal foi uma experiência conduzida pelo cientista francês Blaise Pascal em 1646 para demonstrar definitivamente que a pressão do líquido se propaga de forma idêntica o mesmo, independentemente da forma de recipiente.
O experimento consiste em encher um barril com um tubo fino e muito alto, perfeitamente ajustado à boca de enchimento. Quando o líquido atinge uma altura aproximada de 10 metros (altura equivalente a 7 barris empilhados), o barril explode com a pressão exercida pelo líquido no tubo estreito.
A chave do fenômeno é entender o conceito de pressão. A pressão P exercida por um fluido em uma superfície é a força total F nessa superfície dividida pela área A da referida superfície:
P = F / A
Como funciona o barril de Pascal?
Para entender os princípios físicos do experimento de Pascal, vamos calcular a pressão no fundo de um barril de vinho que será preenchida com água. Para simplificar os cálculos, assumiremos de forma cilíndrica com as seguintes dimensões: diâmetro 90 cm e altura 130 cm.
Como afirmado, a pressão P no fundo é a força total F no fundo, dividida pela área A do fundo:
P = F / A
A área A do fundo é pi vezes ( π≈3,14 ) o raio R do fundo ao quadrado:
A = π⋅R ^ 2
No caso do barril, será 6362 cm ^ 2 equivalente a 0,6362 m ^ 2.
A força F no fundo do barril será o peso da água. Este peso pode ser calculado multiplicando a densidade ρ da água pelo volume de água e pela aceleração da gravidade g .
F = ρ⋅A⋅h⋅g
No caso do barril cheio de água, temos:
F = ρ⋅A⋅h⋅g = 1000 (kg / m ^ 3) ⋅ 0,6362 m ^ 2 ⋅ 1,30 m⋅10 (m / s ^ 2) = 8271 N.
A força foi calculada em Newtons e equivale a 827 kg-f, um valor bem próximo de uma tonelada.A pressão no fundo do barril é:
P = F / A = 8271 N / 0,6362 m ^ 2 = 13000 Pa = 13 kPa.
A pressão foi calculada em Pascal (Pa), que é a unidade de pressão no sistema internacional de medição de SI. Uma atmosfera de pressão é igual a 101325 Pa = 101,32 kPa.
Pressão no fundo de um tubo vertical
Considere um tubo de 1 cm de diâmetro interno e uma altura igual à de um barril, ou seja, 1,30 metros. O tubo é colocado verticalmente com a extremidade inferior selada com uma tampa circular e preenchida com água na extremidade superior.
Vamos primeiro calcular a área do fundo do tubo:
A = π⋅R ^ 2 = 3,14 * (0,5 cm) ^ 2 = 0,785 cm ^ 2 = 0,0000785 m ^ 2 .
O peso da água contida no tubo é calculado de acordo com a seguinte fórmula:
F = ρ⋅A⋅h⋅g = 1000 (kg / m ^ 3) ⋅0,0000785 m ^ 2 ⋅ 1,30 m⋅10 (m / s ^ 2) = 1,0 N.
Ou seja, o peso da água é de 0,1 kg-f, ou seja, apenas 100 gramas.
Vamos calcular a pressão agora:
P = F / A = 1 N / 0,0000785 m ^ 2 = 13000 Pa = 13 kPa.
Incrível! A pressão é a mesma que a de um barril. Este é o paradoxo hidrostático.
Experiências
A pressão no fundo do barril de Pascal será a soma da pressão produzida pela água contida no próprio barril mais a pressão da água contida em um tubo estreito de 9 metros de altura e 1 cm de diâmetro que está conectado à boca de encher o barril.
P = F / A = ρ⋅A⋅h⋅g / A = ρ⋅g⋅h = 1000 * 10 * 9 Pa = 90000 Pa = 90 kPa .
Observe que na área de expressão anterior A foi cancelada, independentemente de ser uma área grande ou pequena como a do tubo. Em outras palavras, a pressão depende da altura da superfície em relação à profundidade, independentemente do diâmetro.
Vamos adicionar a essa pressão a pressão do próprio barril na parte inferior:
P tot = 90 kPa + 13 kPa = 103 kPa .
Para descobrir quanta força está sendo aplicada ao fundo do barril, multiplicamos a pressão total pela área do fundo do barril.
F tot = P tot * A = 103000 Pa * 0,6362 m ^ 2 = 65529 N = 6553 kg-f .
Ou seja, o fundo do barril suporta 6,5 toneladas de peso.
Implementação
O experimento com o barril de Pascal é facilmente reproduzível em casa, desde que seja feito em menor escala.Para isso, será necessário não apenas reduzir as dimensões, mas também substituir o barril por um copo ou recipiente que tenha menos resistência à pressão.
Materiais
1- Um copo descartável de poliestireno com tampa. Segundo o país de língua espanhola, o poliestireno é chamado de várias maneiras: cortiça branca, unicel, poliespan, espuma, anime e outros nomes. Esses óculos com tampa geralmente estão disponíveis nos sites de vendas de fast-food.
2- Mangueira plástica, de preferência transparente, com 0,5 cm de diâmetro ou menor e comprimento entre 1,5 e 1,8 m.
3- Fita adesiva para embalagem.
Procedimento para realizar o experimento
– Fure a tampa do vidro de poliestireno com a ajuda de uma furadeira, com um furador, faca ou com um cortador, de modo que seja feito um orifício através do qual a mangueira passe firmemente.
– Passe a mangueira pelo orifício da tampa, de modo que uma pequena parte da mangueira passe para o recipiente.
– Vede cuidadosamente com fita adesiva e prenda a junta da mangueira com a tampa nos dois lados da tampa.
– Coloque a tampa no vidro e sele também a conexão da tampa com o vidro com fita adesiva, para que a água não possa escapar.
– Coloque o copo no chão e, em seguida, você terá que esticar e levantar a mangueira. Pode ser útil subir usando uma inclinação, uma calçada ou escada.
– Encha o copo com água através da mangueira. Pode ser ajudado com um pequeno funil colocado na ponta da mangueira para facilitar o enchimento.
Quando o copo está cheio e o nível da água começa a subir pela mangueira, a pressão aumenta. Chega um momento em que o vidro de poliestireno não suporta a pressão e as explosões, assim como Pascal mostrou com seu famoso barril.
Referências
- Prensa hidráulica Recuperado da Encyclopædia Britannica: britannica.com.
- Pressão hidrostática Recuperado do Sensors One: sensoresone.com
- Pressão hidrostática Recuperado do Glossário do Campo Petrolífero: glossary.oilfield.slb.com
- Princípio e Hidráulica de Pascal. Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA). Recuperado de: grc.nasa.gov.
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Física para Ciências e Engenharia. Volume 2. México. Cengage Learning Publishers. 367-372.
- O que é pressão hidrostática: pressão e profundidade do fluido. Recuperado do Centro de Atividades de Matemática e Ciências: edinformatics.com
- Manual da Escola de Controle de Poços. Capítulo 01 Princípios de pressão.