Hier ist ein Video von Julius Sumner Millers Show, das Pascals Prinzip veranschaulicht: https://www.youtube.com/watch?v=8ma4kW3xVT0
Um 12:31 erklärt er (aber nur demonstriert), dass eine vollständig mit Wasser gefüllte Glasflasche als Hammer wirken könnte, was bedeutet, dass er auf die Schraube schlagen könnte und die Flasche nicht zerbrechen würde.
Meine Verwirrung ist, dass nach Pascals Prinzip das Schlagen einer Glasflasche mit einem Nagel wie Julius im Wesentlichen gleichbedeutend damit wäre, die Flasche überall von innen mit demselben Nagel zu schlagen. Das würde sicherlich die Flasche zerbrechen.
Ich werde meine Erklärung dafür geben (ich liege wahrscheinlich falsch): Der Innendruck von Wasser bei ~ 20 Grad Celsius ist viel geringer als der Atmosphärendruck. Dies bedeutet, dass eine geschlossene Glasflasche, die vollständig mit Wasser gefüllt ist, eine Nettokraft nach innen hat. Wasser kann sich nicht komprimieren, und so erhöht sich der Druck, den das Wasser auf die Glasflasche ausübt, bis er nicht mehr ausreicht, um die Glasflasche zu verformen. Somit gibt es eine nach innen gerichtete Nettokraft auf das Glasflaschensystem, die der allerniedrigste Betrag ist, bei dem sich Glas verformt.
Wenn die Glasflasche von einem Nagel getroffen wird, verformt sie sich, übt über einen bestimmten Bereich eine Kraft auf das Wasser aus, und nach dem Pascal-Prinzip wird der gleiche Druck überall in der Glasflasche ausgeübt. Da jedoch bereits eine Nettokraft von der Atmosphäre und dem Wasserdruck nach innen wirkt, spürt die Glasflasche keine ausreichende Nettokraft nach außen, um sie zu zerbrechen. Im Wesentlichen dämpft die Atmosphäre den Schlag nach außen, den die Glasflasche ansonsten durch die Anwendung des nach außen gerichteten Drucks des Wassers spüren würde.
Ist das richtig oder grob fehlgeleitet?
Bearbeiten: Eine andere Erklärung, die mir einfällt, basiert darauf, wie sich das Glas verformt. Wenn sich beispielsweise das Glas verformt, indem sich die Hälfte der Oberfläche seines Zylinders nach innen verformt, dann würde dies auf einer relativ großen Fläche eine relativ große Kraft bedeuten, die den Druck, den das Wasser nach außen ausübt, stark verringert.
Glas bricht, weil es spröde statt flexibel ist; Das heißt, wenn sich die Form des Glases genug verformt, wenn sich eine Oberfläche nur ein wenig biegt, bricht sie. Wenn sich die Form der Flasche nicht ändert, dann wird sie nicht zerbrechen, egal welche Kräfte darauf einwirken.
Im Fall einer mit Wasser gefüllten Flasche ohne Luft führt die Kraft des Aufpralls auf den Nagel dazu, dass sich eine Seite der Flasche verformt. Aber Wasser ist inkompressibel, also verhindert das Wasser, dass sich die Seitenwand der Flasche um mehr als einen vernachlässigbaren Betrag biegt, um das Wasservolumen konstant zu halten (das bedeutet „inkompressibel“). Jetzt wird der Druck durch die Fläche geteilt, sodass die Kraft, die den Nagel antreibt, durch das Wasser über das gesamte Innere der Flasche verteilt wird, sodass sich kein Teil des Glases so weit verbiegt, dass er bricht. Deshalb würde die Flasche überleben.
In dem Fall, in dem die Flasche eine Blase enthält, wäre die Geschichte anders. Luft und alle anderen Gase sind sehr komprimierbar. Beim Aufprall auf den Nagel würde sich also die auf den Nagel auftreffende Seite der Flasche verformen. Das Gas würde durch den übertragenen Wasserdruck komprimiert, was es dem Wasser ermöglicht, sich aus dem Weg der deformierenden Seite der Glasflasche in das Volumen zu bewegen, das zuvor von der Blase eingenommen wurde. Dadurch kann sich das Glas stärker biegen, was zu einem Bruch führt.
Stellen Sie sich zum Vergleich das Ergebnis des virtuellen Experiments mit der verkorkten Flasche voll blasenfreiem Wasser um 11:44 Uhr vor. Wenn der Professor den oberen Teil des Korkens getroffen hätte, wäre die Flasche zersprungen. Warum? Um zu verhindern, dass der Korken in die Flasche eindringt (um zu verhindern, dass das Wasservolumen komprimiert wird), müsste das Wasser eine große Kraft auf den Korken ausüben, um ihn zu stoppen. Dies erfordert einen großen Druck, da die Fläche der Korkfläche klein ist ( ). Dieser Druck wird auf alle Seiten der Flasche übertragen und erzeugt eine enorme Kraft, da der Flascheninnenraum eine viel größere Fläche hat. Der Luftdruck außerhalb der Flasche ist viel zu schwach, um zu verhindern, dass sich die Seiten der Flasche nach außen biegen und brechen. Dies ist die Grundlage hinter der hydraulischen Presse, die von 4:37 bis 7:20 Uhr zu sehen ist.
Tief