帕斯卡裂桶實驗

帕斯卡裂桶實驗

帕斯卡所做物理實驗
簡介帕斯卡在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。結果隻用了一杯水,就把桶壓裂了,桶裡的水就從裂縫中流了出來。原來由于細管子的容積較小,幾杯水灌進去,其深度很大。這就是曆史上有名的帕斯卡桶裂實驗。一個容器裡的液體,對容器底部(或側壁)産生的壓力遠大于液體自身所受的重力,這對許多人來說是不可思議的。
    中文名:帕斯卡裂桶實驗 外文名:The Pascal split bucket experiment 所屬學科: 别稱:帕斯卡實驗,桶裂實驗 提出者:帕斯卡 提出時間:1648年 應用學科:初中物理 壓強 适用領域範圍:流動液體壓強計算 提出者英文名:Blaise Pascal

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。結果隻用了幾杯水,就把桶壓裂了,桶裡的水就從裂縫中流了出來。原來由于細管子的容積較小,幾杯水灌進去,其深度h很大。

這就是曆史上有名的帕斯卡桶裂實驗。一個容器裡的液體,對容器底部(或側壁)産生的壓力遠大于液體自身的重量,這對許多人來說是不可思議的。

改進

該實驗裝置高度太高不便在教室裡演示,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.接着再問:管長減小了,液體壓強減小了,液體對木桶的壓力必定減小;而桶盡管縮小了,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拟“裂桶”呢?學生自然會想到用耐壓性較低的物體來代替(如薄塑料袋).比較裝滿水的塑料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.

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,将紅色的水從瓶口倒入,随着瓶中水位的升高,側管的橡皮薄膜漸漸鼓出,可以看到,即使灌滿水後,薄膜鼓出的程度也并不十分明顯(圖1).這說明雖然瓶中裝了很多很重的水,但對側壁的壓強并不很大.再取一根1米長的托裡拆利玻璃管,通過打有小孔的瓶塞插入大瓶中,并把塞塞緊密封.讓一個學生站到凳子上将燒杯中的水用漏鬥漸漸灌入管中(圖2),當玻璃管中紅色水升高50厘米以上時,隻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

因為液體的壓強等于密度、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,而受力面積(桶的内表面積)不變,壓力等于壓強乘以受力面積,那麼壓力越來越大,終于超過桶能夠承受的上限,随之裂開。

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。

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)

注:計算時單位不能弄錯!

結論

同種液體,深度越深,液體對容器側壁壓強越大。n管子之所以做的又長又細,是為了讓少量體積的水,在高度上盡可能拉長。當水的深度達到兩層樓的高度時,就會對裂桶産生較大的壓強。

原理應用

水壩的下部總要比上部建造得寬一些。

潛水員穿特制潛水服且控制下潛深度。

潛水艇隻能下潛到一定的深度。

當下水到一定程度時,耳膜會受不了。

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