LARAS PASCAL: CARA KERJANYA DAN EKSPERIMEN - FISIK - 2025

The barel Pascal adalah sebuah eksperimen yang dilakukan oleh Perancis ilmuwan Blaise Pascal pada 1646 untuk menunjukkan secara definitif bahwa merambat tekanan cairan identik sama, terlepas dari bentuk wadah.

Percobaan terdiri dari mengisi tong dengan tabung tipis dan sangat tinggi, yang disesuaikan dengan sempurna ke mulut pengisi. Ketika cairan mencapai ketinggian kira-kira 10 meter (tinggi setara dengan 7 barel yang ditumpuk) laras itu meledak karena tekanan yang diberikan oleh cairan di dalam tabung sempit.

Ilustrasi Barrel Pascal. Sumber: Wikimedia Commons.

Kunci dari fenomena ini adalah memahami konsep tekanan. Tekanan P yang diberikan fluida pada suatu permukaan adalah gaya total F pada permukaan itu dibagi dengan luas A permukaan itu:

P = F / A

Bagaimana cara kerja laras Pascal?

Untuk memahami prinsip fisika percobaan Pascal, mari kita hitung tekanan di dasar tong anggur yang akan terisi air. Untuk kesederhanaan yang lebih besar dari perhitungan kita akan menganggapnya silinder dengan dimensi sebagai berikut: diameter 90 cm dan tinggi 130 cm.

Seperti yang dinyatakan, tekanan P di dasar adalah gaya total F di dasar, dibagi dengan luas A di dasar:

P = F / A

Luas A alas adalah pi dikalikan (π≈3,14) kuadrat jari-jari R alas:

L = π⋅R ^ 2

Untuk laras, itu akan menjadi 6362 cm ^ 2 setara dengan 0,6362 m ^ 2.

Gaya F di dasar laras akan menjadi berat air. Berat ini dapat dihitung dengan mengalikan massa jenis ρ air dengan volume air dan dengan percepatan gravitasi g.

F = ρ⋅A⋅h⋅g

Dalam kasus tong penuh air kita memiliki:

F = ρ⋅A⋅h⋅g = 1000 (kg / m ^ 3) ⋅ 0,6362 m ^ 2 ⋅1,30 m⋅10 (m / s ^ 2) = 8271 N.

Gaya telah dihitung dalam newton dan setara dengan 827 kg-f, nilainya mendekati satu ton. Tekanan di bagian bawah laras adalah:

P = F / A = 8271 N / 0,6362 m ^ 2 = 13000 Pa = 13 kPa.

Tekanan telah dihitung dalam Pascal (Pa) yang merupakan satuan tekanan dalam sistem pengukuran SI internasional. Satu atmosfer bertekanan sama dengan 101325 Pa = 101,32 kPa.

Tekanan di bagian bawah tabung vertikal

Mari kita pertimbangkan sebuah tabung kecil dengan diameter dalam 1 cm dan tinggi yang sama dengan tabung, yaitu 1,30 meter. Tabung ditempatkan secara vertikal dengan ujung bawahnya ditutup dengan tutup melingkar dan diisi dengan air di ujung atasnya.

Mari kita hitung dulu luas bagian bawah tabung:

L = π⋅R ^ 2 = 3,14 * (0,5 cm) ^ 2 = 0,785 cm ^ 2 = 0,0000785 m ^ 2.

Berat air yang terkandung di dalam tabung dihitung dengan rumus berikut:

F = ρ⋅A⋅h⋅g = 1000 (kg / m ^ 3) ⋅0.0000785 m ^ 2 ⋅1.30 m⋅10 (m / s ^ 2) = 1.0 N.

Dengan kata lain, berat air adalah 0,1 kg-f, artinya hanya 100 gram.

Sekarang mari kita hitung tekanannya:

P = F / A = 1 N / 0,0000785 m ^ 2 = 13000 Pa = 13 kPa.

Luar biasa! Tekanannya sama dengan satu barel. Ini adalah paradoks hidrostatis.

Eksperimen

Tekanan di bagian bawah tong Pascal merupakan penjumlahan dari tekanan yang dihasilkan oleh air yang terkandung di dalam tong itu sendiri ditambah tekanan air yang terkandung di dalam tabung sempit setinggi 9 meter dan diameter 1 cm yang dihubungkan ke mulut. mengisi barel.

Gambar 2. Blaise Pascal (1623-1662). Sumber: Palace of Versailles.Tekanan di ujung bawah tabung akan diberikan oleh:

P = F / A = ρ⋅A⋅h⋅g / A = ρ⋅g⋅h = 1000 * 10 * 9 Pa = 90000 Pa = 90 kPa.

Perhatikan bahwa dalam ekspresi sebelumnya area A dibatalkan, tidak peduli apakah itu area besar atau kecil seperti tabung. Dengan kata lain, tekanan bergantung pada ketinggian permukaan terhadap bagian bawah, terlepas dari diameternya.

Mari tambahkan ke tekanan ini tekanan laras itu sendiri di bagian bawahnya:

P _tot = 90 kPa + 13 kPa = 103 kPa.

Untuk mengetahui seberapa besar gaya yang diberikan ke bagian bawah laras, kita mengalikan tekanan total dengan luas bagian bawah laras.

F _tot = P tot * A = 103000 Pa * 0,6362 m ^ 2 = 65529 N = 6553 kg-f.

Dengan kata lain, bagian bawah laras menopang berat 6,5 ton.

Praktekkan

Percobaan barel Pascal mudah direproduksi di rumah, asalkan dilakukan dalam skala yang lebih kecil. Untuk ini, tidak hanya perlu mengurangi dimensi, tetapi juga mengganti laras dengan gelas atau wadah yang memiliki ketahanan kurang terhadap tekanan.

bahan

1- Cangkir polistiren sekali pakai dengan penutup. Menurut negara berbahasa Spanyol, polistiren disebut dengan berbagai cara: gabus putih, styrofoam, polistiren, busa, anime, dan nama lain. Tutup ini sering ditemukan di gerai makanan cepat saji take-out.

2- Selang plastik, sebaiknya transparan dengan diameter 0,5 cm atau lebih kecil dan panjang antara 1,5 hingga 1,8 m.

3- Pita perekat untuk pengepakan.

Prosedur untuk melakukan percobaan

- Tusuk tutup cangkir polistiren dengan bantuan mata bor, dengan pelubang, pisau atau dengan pemotong, sehingga dibuat lubang yang dilewati selang dengan rapat.

- Lewatkan selang melalui lubang di tutupnya, sehingga sebagian kecil selang masuk ke dalam mangkuk.

- Segel rapi dengan selotip yang mengemas sambungan selang dengan tutup di kedua sisi tutup.

- Letakkan tutup toples dan tutup sambungan antara tutup dan toples dengan lakban, sehingga tidak ada air yang bisa keluar.

- Letakkan kaca di lantai, lalu Anda harus meregangkan dan menaikkan selang. Mungkin ada gunanya untuk bangun menggunakan setetes, bangku, atau tangga.

- Isi gelas dengan air melalui selang. Ini dapat dibantu dengan corong kecil yang ditempatkan di ujung selang untuk memudahkan pengisian.

Saat gelas penuh dan permukaan air mulai naik melalui selang, tekanan meningkat. Ada saatnya kaca polistiren tidak tahan terhadap tekanan dan semburan, seperti yang ditunjukkan Pascal dengan larasnya yang terkenal.

Referensi

1. Tekan Hidrolik. Diperoleh dari Encyclopædia Britannica: britannica.com.
2. Tekanan hidrostatis. Dipulihkan dari Sensor Satu: sensorone.com
3. Tekanan hidrostatis. Diperoleh dari Oilfield Glossary: ​​glossary.oilfield.slb.com
4. Prinsip dan Hidraulik Pascal. Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional (NASA). Diperoleh dari: grc.nasa.gov.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 2. Meksiko. Editor Pembelajaran Cengage. 367-372.
6. Apa itu Tekanan Hidrostatis: Tekanan dan Kedalaman Cairan. Diperoleh dari Pusat Aktivitas Matematika dan Sains: edinformatics.com
7. Manual Sekolah Kontrol Sumur. Bab 01 Prinsip tekanan.