帕斯卡裂桶實驗

帕斯卡裂桶實驗

帕斯卡在1648年表演了一個著名的實驗:他用一個密閉的裝滿水的桶,在桶蓋上插入一根細長的管子,從樓房的陽台上向細管子裡灌水。結果只用了幾杯水,就把桶壓裂了,桶里的水就從裂縫中流了出來。原來由於細管子的容積較小,幾杯水灌進去,其深度很大,使壓強增大,便將桶壓裂了 這就是歷史上有名的帕斯卡桶裂實驗。 一個容器里的液體,對容器底部(或側壁)產生的壓力遠大於液體自身所受的重力,這對許多人來說是不可思議的。

過程

在1648年 布萊特 帕斯卡表演了實驗:他用一個密閉的裝滿水的木桶,在桶蓋上插入一根細長的管子,從樓房的陽台上向細管子裡灌水。結果只用了一杯水,就把桶壓裂了,桶里的水就從裂縫中流了出來。原來由於細管子的容積較小,幾杯水灌進去,其深度很大,使壓強增大,便將桶壓裂了

改進

該實驗裝置高度太高不便在教室里演示,可啟發學生思考:能否把所有的裝置都相應地縮小呢?答案是否定的.接著再問:管長減小了,液體壓強減小了,液體對木桶的壓力必定減小;而桶儘管縮小了,但其耐壓性幾乎不變,桶就不可能裂開,能否用其它物體來模擬“裂桶”呢?學生自然會想到用耐壓性較低的物體來代替(如薄塑膠袋).比較裝滿水的塑膠袋在同質量的一杯水與一管水作用下不同情形,液體壓強的實質就非常容易理解了.

帕斯卡裂桶實驗 帕斯卡裂桶實驗

取一個演示液體測壓強用的大廣口瓶(直徑約30厘米,高約40厘米),在瓶下部的側壁管口用橡皮薄膜紮緊密封,將紅色的水從瓶口倒入,隨著瓶中水位的升高,側管的橡皮薄膜漸漸鼓出,可以看到,即使灌滿水後,薄膜鼓出的程度也並不十分明顯(圖1).這說明雖然瓶中裝了很多很重的水,但對側壁的壓強並不很大.再取一根1米長的托里拆利玻璃管,通過打有小孔的瓶塞插入大瓶中,並把塞塞緊密封.讓一個學生站到凳子上將燒杯中的水用漏斗漸漸灌入管中(圖2),當玻璃管中紅色水升高50厘米以上時,只見大瓶側管的橡皮薄膜大幅度鼓出,現象生動明顯.

實驗原理

因為液體的壓強等於密度、深度和重力加速度常數之積。在這個實驗中,水的密度不變,但深度一再增加,則下部的壓強越來越大,其液壓終於超過木桶能夠承受的上限,木桶隨之裂開。

帕斯卡“桶裂”實驗可以很好地證明液體壓強與液體的深度有關,而與液體的質量和容器的形狀無關。

物理公式

P=ρgh

P 壓強 (單位:Pa)

ρ 液體的密度(單位:kg/m³)

g=9.8N/kg(特殊說明下=10N/kg)

h 深度 (單位:m)

註:計算時單位不能弄錯!

原理套用

液壓千斤頂。

液壓鍛壓機。

水壩的下部總要比上部建造得寬一些。

潛水員穿特製潛水服且控制下潛深度。

潛水艇只能下潛到一定的深度。

當下水到一定程度時,耳膜會難受

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