Разбиране на закона на Паскал
Как работи хидравличният крик/повдигач, когато се използва за повдигане на автомобил? Как работят хидравличните спирачки, когато се използват за забавяне на автомобил?
Както научихме в основната тема Налягане на флуидаВсяка течност упражнява натиск върху всички предмети, с които влиза в контакт. Водата, поставена в чаша, упражнява натиск върху стените на чашата. По подобен начин, когато плуваме в басейн или морска вода, водата упражнява натиск върху цялото ни тяло.
Общото водно налягане на определена дълбочина, например налягането на морската вода на дълбочина 200 метра, е сумата от атмосферното налягане, оказващо натиск върху повърхността на морската вода, и измерено налягане на дълбочина от 200 метра. Така че, освен горния слой вода, който оказва натиск върху водата под него, има и атмосферата или въздухът, който оказва натиск върху повърхността на морето.
Налягането, причинено от горния флуиден слой, може да се определи като вътрешно налягане защото самото налягане идва от вътрешността на флуида, докато можем да кажем атмосферно налягане външен натиск Тъй като атмосферата е отделена от флуида, атмосферното налягане действа върху цялата повърхност на флуида и се предава в целия флуид. Следователно, общото налягане на флуида на дадена дълбочина се влияе не само от налягането на флуидния слой отгоре, но и от атмосферното налягане.
За да разберем по-добре това обяснение, нека разгледаме течност в контейнер.
Налягането на течността на дъното на съда е естествено по-голямо от налягането на течността над него. Колкото по-ниско се спускате, толкова по-голямо е налягането на течността; обратно, колкото по-близо се приближавате до горната част на съда, толкова по-ниско е налягането на течността.
Големината на налягането е пропорционална на ρ gh (ρ = плътност, g = ускорение на гравитацията и h = височина или дълбочина). Във всяка точка на една и съща дълбочина, големината на налягането е еднаква. Това важи за всички течности във всеки съд и не зависи от формата на съда.
Ако приложим външно налягане, например чрез натиск върху повърхността на течност, увеличението на налягането в течността е еднакво навсякъде. Следователно, когато се прилага външно налягане, всяка част от течността получава еднакъв дял налягане. Следователно, налягането е винаги еднакво във всяка точка на една и съща дълбочина. Това е принципът на Паскал, предложен и кръстен на неговия основател, Блез Паскал (1623–1662). Паскал е френски философ и учен.
Принципът на Паскал гласи, че налягането, приложено върху флуид в затворен съд, ще се предава еднакво на всяка част от флуида и стените на съда.
Математически може да се запише по следния начин:
Информация :
p = Налягане, F = Сила, A = Площ
Думата „in“ представлява прилаганото налягане, докато думата „out“ представлява предаваното налягане.
Приложение на принципа на Паскал
Водени от принципа на Паскал, хората са разработили няколко инструмента, както прости, така и сложни, за да улеснят живота си. Някои от тях включват хидравлични крикове, хидравлични повдигачи, хидравлични спирачки и други.
Хидравличен крик или повдигач
Как работи хидравличен крик или подемник е показано на снимката.
Хидравличният крик се състои от съд с две повърхности. Върху двете повърхности е разположено бутало, като площта на буталото отляво е по-малка от площта на буталото отдясно. Площта на буталото е съобразена с площта на съда. Съдът е запълнен с течност, например смазка.
Ако буталото, което има малка повърхност, се натисне надолу, тогава всяка част от течността също отива с него
натиснат. Количеството налягане, упражнявано от буталото с малка повърхност (ляво изображение), се предава на всички части на течността. В резултат на това течността натиска буталото с по-голяма повърхност (дясно изображение), докато буталото не се избута нагоре. Повърхността на натисканото бутало е малка, така че силата, необходима за натискане на течността, също е малка. Но тъй като налягането (Налягане = сила / единица площ) се предава в цялата течност, малката сила се превръща в много голяма сила, когато течността натиска буталото отдясно с голяма повърхност. Рядко се случва хората да прилагат входна сила към бутало с голяма повърхност, защото това не е печелившо. В горната част на буталото с голяма повърхност обикновено се поставя предметът или частта от предмета, който ще се повдига (например автомобил).
Не се изненадвайте, ако кола с много голяма маса може лесно да бъде повдигната само с натискане на едно от буталата. Площта на буталото е много малка, така че силата, която прилагаме, също е малка. Тази малка входна сила обаче може да се трансформира в много голяма изходна сила, ако изходната повърхност е много голяма.
Ако хидравличният крик е проектиран да повдига много тежък автомобил, конструкторът трябва да вземе предвид гравитацията на автомобила и изходната сила на крика. Колкото по-голямо е теглото на повдигания автомобил, толкова по-голяма е изходната повърхност на крика. Като минимум, изходната сила, генерирана от хидравличния крик, трябва да бъде по-голяма или равна на теглото на повдигания обект.
Примерен въпрос 1:
A1 = 100 см2
A2 = 250 см2
F1 = 200 XNUMX N
Попитано: Ф2
Дискусия
Примерен въпрос 2:
Известно е, че:
A1 = 100 см2 = 100 х 10-4 m2 = 0,01 m2
A2 = 250 см2 = 250 х 10-4 m2 = 0,025 m2
Маса на товара = 200 кг
Плътност на маслото (ρ) = 780 kg/m³3
Височина на нефтения стълб (h) = 2 метра
Ускорение на гравитацията (g) = 10 m/s2
Попитано: Каква е минималната входна сила (F), така че товарът да е в равновесие (товарът да не се движи)?
Отговор:
