Вот видео шоу Джулиуса Самнера Миллера, иллюстрирующее принцип Паскаля: https://www.youtube.com/watch?v=8ma4kW3xVT0
В 12:31 он заявляет (но только как бы демонстрирует), что стеклянная бутылка, полностью наполненная водой, может действовать как молоток, то есть он может ударить по винту, и бутылка не разобьется.
Меня смущает то, что, согласно принципу Паскаля, забить гвоздем стеклянную бутылку, как это сделал Юлий, по сути, было бы эквивалентно забиванию бутылки одним и тем же гвоздем повсюду изнутри. Это точно разбило бы бутылку.
Я приведу свое объяснение этого (возможно, я ошибаюсь): внутреннее давление воды при ~ 20 градусах Цельсия намного меньше атмосферного давления. Это означает, что закрытая стеклянная бутылка, полностью заполненная водой, имеет результирующую силу, направленную внутрь. Вода не может сжиматься, поэтому давление, которое вода оказывает на стеклянную бутылку, увеличивается до тех пор, пока этого недостаточно для деформации стеклянной бутылки. Таким образом, на систему стеклянных бутылок действует сила, направленная внутрь, что является самой низкой величиной, при которой стекло будет деформироваться.
Когда в стеклянную бутылку ударяют гвоздем, она деформируется, прикладывает силу к воде в какой-то области, и по принципу Паскаля это же давление действует повсюду по всей стеклянной бутылке. Однако из-за того, что внутри уже есть результирующая сила от атмосферы и давления воды, стеклянная бутылка не чувствует достаточной результирующей силы снаружи, чтобы разбить ее. По сути, атмосфера смягчает удар наружу, который стеклянная бутылка в противном случае почувствовала бы из-за внешнего давления воды.
Это правильно или сильно заблуждается?
Редактировать: другое объяснение, которое я могу придумать, основано на том, как деформируется стекло. Если, например, стекло деформируется из-за того, что половина поверхности его цилиндра деформируется внутрь, то это подразумевает относительно большую силу на относительно большой площади, что значительно уменьшает давление, оказываемое водой наружу.
Стекло разбивается, потому что оно хрупкое, а не гибкое; это означает, что если форма стекла достаточно деформируется, если поверхность немного прогнется, оно разобьется. Если форма бутылки не изменится, то она не разобьется, какие бы силы к ней ни прилагались.
В случае с бутылкой, наполненной водой без воздуха, сила удара гвоздем вызывает деформацию одной стороны бутылки. Но вода несжимаема, поэтому вода не дает стенке бутылки сгибаться более чем на незначительную величину, чтобы поддерживать постоянный объем воды (вот что означает «несжимаемость»). Давление — это сила, деленная на площадь, поэтому сила, забивающая гвоздь, распределяется водой по всей внутренней части бутылки, так что ни одна часть стекла не изгибается настолько, чтобы разбиться. Вот почему бутылка выживет.
Если бы в бутылке был пузырь, история была бы другой. Воздух и все другие газы очень сжимаемы. Таким образом, при ударе о гвоздь сторона бутылки, соприкасающаяся с гвоздем, деформируется. Газ будет сжиматься из-за передаваемого давления воды, позволяя воде уйти с пути деформирующей стороны стеклянной бутылки в объем, ранее занимаемый пузырем. Это позволяет стеклу больше изгибаться, что приводит к его разрушению.
Для сравнения представьте себе результат виртуального эксперимента с закупоренной бутылкой, полной воды без пузырьков в 11:44. Если бы профессор ударил о верхнюю часть пробки, бутылка разбилась бы. Почему? Чтобы пробка не попала в бутылку (чтобы объем воды не сжимался), вода должна приложить к пробке большую силу, чтобы остановить ее. Это требует большого давления, так как площадь поверхности пробки мала ( ). Это давление передается на все стороны бутылки, создавая огромную силу, поскольку внутренняя часть бутылки имеет гораздо большую площадь. Давление воздуха снаружи бутылки слишком слабое, чтобы стенки бутылки не выгнулись наружу и не сломались. Это основа гидравлического пресса, видимого с 4:37 до 7:20.
Глубокий