Principio di Pascal: moltiplicazione idraulica della forza
1 · Prevedi
Un sollevatore idraulico ha un piccolo stantuffo d'ingresso e uno d'uscita molto più grande, collegati da fluido sigillato. Se premi sul piccolo, perché quello grande solleva un carico molto più pesante?
- La forza d'uscita eguaglia quella d'ingresso qualunque siano le dimensioni degli stantuffi.
- La forza d'uscita è minore perché il fluido assorbe parte della spinta.
- La forza d'uscita è moltiplicata in proporzione a quanto è più grande l'area dello stantuffo d'uscita.
2 · Configurazione
- Apri il preset Pascal e premi Reimposta. Due stantuffi connessi di aree diverse condividono un fluido sigillato incomprimibile.
- Attiva le letture di pressione e forza in ingresso/uscita.
- Imposta area stantuffo d'ingresso, area d'uscita e forza d'ingresso per ogni prova e registra la forza d'uscita.
3 · Raccogli dati
| Area stantuffo d'ingresso A₁ (m²) | Area stantuffo d'uscita A₂ (m²) | Forza d'ingresso F₁ (N) | Forza d'uscita F₂ (N) |
|---|---|---|---|
| 1.00e-3 | 0.01 | 50.00 | |
| 2.00e-3 | 0.02 | 80.00 | |
| 1.00e-3 | 0.05 | 20.00 |
Traccia la forza d'uscita F₂ (asse y) contro il rapporto d'aree A₂/A₁ (asse x) per le tre prove.
4 · Analizza
- Per una prova, calcola F₂ = F₁ · (A₂/A₁) e confrontala con la lettura.
- Il principio di Pascal dice che la pressione applicata a un fluido confinato si trasmette ugualmente ovunque. Usa P = F/A su entrambi i pistoni per spiegare perché F₂/F₁ deve eguagliare A₂/A₁.
5 · Estendi
- Un cric idraulico usa un piccolo stantuffo a pompa manuale per sollevare un'intera auto. Con i tuoi dati, spiega all'incirca quanto deve essere più grande l'area dello stantuffo d'uscita rispetto all'ingresso, in rapporto alla forza applicabile a mano e al peso dell'auto.
- Se lo stantuffo d'uscita solleva un carico con 10× la forza d'ingresso, quanto si muove lo stantuffo d'uscita rispetto a quanto spingi quello d'ingresso? (Suggerimento: pensa alla conservazione del volume di fluido.)