Il principio di Pascal rappresenta un concetto cruciale nella fisica dei fluidi.
La scoperta ha avuto un impatto notevole sulla tecnologia moderna.
Vediamo adesso gli esperimenti alla base dell’enunciazione e il principio specifico che permette di trasformare una piccola forza in una forza molto più intensa.
Cosa tratteremo
La storia
Blaise Pascal è nato nel 1623, è morto abbastanza giovane nel 1662 ed è stato senza dubbio uno dei fisici e matematici più importanti del XVII secolo.
Ha prodotto molti lavori, tra cui quello sulla geometria proiettiva, sulla teoria della probabilità e sull’idraulica.
Il principio di Pascal si riferisce proprio alla disciplina della fisica ed è utilizzato ancora oggi per lo sviluppo di sistemi di sollevamento, elementi per auto e moto ma anche in altri campi come quello della medicina.
Senza il contributo di Blaise Pascal non esisterebbero le presse, le macchine e i freni idraulici, perciò comprendere questa legge è molto importante per la progettazione e l’applicazione di tali dispositivi.
L’esperimento di Pascal e la botte esplosiva
Per introdurre il principio di Pascal ricorriamo a un esperimento che può sembrare singolare ma che aiuta a capire con facilità il comportamento dei liquidi.
La cosiddetta botte esplosiva di Pascal consiste nel riempimento di un contenitore di acqua. Sopra la botte viene applicata una considerevole pressione attraverso un pistone che comprime il liquido interno. La chiusura ermetica con il coperchio non consente dunque al liquido di fuoriuscire, con la diretta conseguenza di una pressione sempre maggiore sul pistone che causa l’esplosione del contenitore.
Un ragionamento da tenere in considerazione riguarda la profondità poiché la pressione esercitata aumenta in maniera esponenziale con la compressione dell’acqua ed è proprio questo fattore che fa esplodere la botte.
L’esperimento serve per dimostrare in modo semplice e diretto che un fluido confinato, quando viene compresso, trasmette uniformemente la pressione in ogni direzione.
L’altra legge da tenere bene a memoria è quella dell’incompressibilità del fluido poiché l’acqua durante l’esperiemento non si è compressa nella botte ma si è solo spostata.
Il torchio idraulico
Adesso che abbiamo capito la legge dell’incompressibilità dei liquidi, possiamo parlare in modo specifico dell’esperimento relativo al principio di Pascal.
Per capire come funziona a livello fisico questo comportamento naturale, occorre prendere in esame il torchio idraulico. Si tratta di un dispositivo di tipo meccanico che sfrutta il principio di Pascal con l’obiettivo di moltiplicare la forza.
Pascal affermava dunque che la pressione che veniva esercitata su un fluido confinato, cioè chiuso in un contenitore, si trasmetteva in modo uniforme in tutte le direzioni. Ciò significava che, applicando una pressione in qualsiasi punto del fluido, tale forza veniva trasmessa anche dalle altre parti.
Il torchio idraulico serve quindi a moltiplicare la forza applicata su un oggetto.
Com’è fatto il torchio idraulico?
Il dispositivo ha un cilindro pieno di liquido, che generalmente è olio nelle applicazioni moderne.
Ci sono poi due pistoni di diverse dimensioni. Il pistone più piccolo si chiama anche pistone d’ingresso ed è collegato a una pompa manuale oppure a una pompa elettrica. Il pistone più grande prende il nome di pistone d’uscita ed è collegato invece alla parte mobile del torchio.
Quando viene azionata la pompa, il pistone di ingresso agisce comprimendo l’olio dentro il cilindro. L’olio, per effetto del principio analizzato anche con l’esperimento della botte esplosiva, non può essere compresso, pertanto la pressione aumenta in modo molto significativo.
La pressione viene poi trasmessa uniformemente verso il pistone di uscita che esercita una forza maggiore rispetto a quella iniziale.
Applicazioni pratiche del torchio idraulico e del principio di Pascal
Il principio di Pascal è stato una vera e propria rivoluzione perché ha permesso di sviluppare macchinari semplici, rudimentali ed efficaci. La funzione più utile è la capacità di amplificare una forza, permettendo la movimentazione di oggetti pesanti e riducendo in maniera drastica la fatica necessaria per compiere l’azione di sollevamento.
Il torchio idraulico ha numerose applicazioni in una gamma infinita di settori che includono l’industria dell’automobile, l’agricoltura, l’edilizia, l’ingegneria navale e civile.
Nell’industria automobilistica viene utilizzato con frequenza quotidiana poiché i meccanici hanno in officina torchi idraulici che servono per la rimozione di pistoni dei motori, per la sostituzione delle parti danneggiate o per la riparazione dei danni ai veicoli.
Il torchio idraulico in un’autofficina ha largo impiego per il sollevamento e per lo spostamento di motori o componenti.
Un altro settore dove il torchio idraulico viene utilizzato è l’edilizia, per il posizionamento di travi pesanti in legno o in acciaio, come supporto per i muri e per le fondamenta. Il torchio idraulico che sfrutta le leggi di Pascal serve inoltre per la demolizione degli edifici e per la gestione di grandi quantitativi di detriti.
In agricoltura esistono applicazioni specifiche per la raccolta dei prodotti della terra ma anche per la manutenzione delle macchine, per lo spostamento delle balle di fieno e per il posizionamento delle attrezzature agricole più pesanti.
In ambito navale il torchio idraulico è utile per il posizionamento di tubature, per il trasporto di carburante e per la riparazione dei danni alle strutture delle navi.
Altre applicazioni sono l’aeronautica, la produzione di mobili, la fabbricazione di macchine per l’industria e molti settori produttivi.
Il principio di Pascal, dunque, è una delle scoperte più significative nella fisica dei fluidi.
