התקן, עקרון הפעולה של המכבש ההידראולי

תוכן עניינים:

התקן, עקרון הפעולה של המכבש ההידראולי
התקן, עקרון הפעולה של המכבש ההידראולי
Anonim

כדי להבין איך עובדת מכבש הידראולי, בואו נזכור את הכלל של כלי תקשורת. מחברו Blaise Pascal מצא שאם הם מלאים בנוזל הומוגני, אז רמתו בכל הכלים זהה. במקרה זה, אין חשיבות לתצורת המיכלים ולמידותיהם. המאמר יתאר מספר ניסויים במיכלים מתקשרים שיעזרו לנו להבין את המבנה ועקרון הפעולה של מכבש הידראולי.

ניסוי

בוא נגיד שיש לנו כלי תקשורת עם שטחי חתך שונים. אנו מציינים את השטח של הקטן ב-s, הגדול יותר - ב-S. בואו נמלא את המיכלים בנוזל. על פי חוק הכלים המתקשרים, משטחי הנוזלים נמצאים באותו גובה.

כלי תקשורת
כלי תקשורת

בוא נסגור את הכלים מלמעלה עם בוכנות. אנו יכולים להניח ש-s ו-S הם השטחים של הבוכנות. לחץ על הקטן בכוח f. זה יירד, הנוזל יירדלזרום לתוך הגליל הגדול יותר, והבוכנה משמאל תתחיל לעלות. כדי למנוע ממנו להתרומם, נפעיל גם עליו כוח. סמן את זה F.

כדי להתקרב להבנת אופן פעולתו של מכבש הידראולי, בואו ננסה למצוא קשר בין שני הכוחות הללו. נמשיך ממצב שיווי המשקל. לפני שכיסינו את הכלים בבוכנות, הנוזלים היו בשיווי משקל. הלחץ במיכלים היה זהה (p=P). לחץ כלפי מטה על שתי הבוכנות כך שהנוזל עדיין יישאר באיזון. הלחצים p ו-P יגדלו, כמובן. עם זאת, הם עדיין יישארו זהים, כי הם יגדלו באותו סכום נוסף. זוהי כמות הלחץ שנוצרת על ידי הבוכנות. הוא מועבר לכל מקום לפי חוק פסקל.

הנה תנאי שיווי המשקל: p=P. אתה יכול לשקול את הלחץ שנוצר על ידי הבוכנות, או את הלחץ של עמודת הנוזל. התוצאה תהיה זהה. שימו לב שהלחץ שנוצר על ידי הבוכנות גדול פי אלף מהלחץ ההידרוסטטי של עמוד הנוזל. עמוד מים בגובה כמה סנטימטרים יוצר לחץ של מאות פסקל. ולחץ הבוכנה הוא מאות קילופסקל, ולפעמים מגה פסקל. לכן, בהמשך, נזניח את הלחץ של עמוד הנוזל ונניח שהלחצים p ו-P נוצרים אך ורק על ידי הכוחות f ו-F.

תלות כוח הלחץ של הבוכנות באזור שלהן

בואו נגזר את הנוסחה, עקרון הפעולה של המכבש ההידראולי בלעדיו יהיה בלתי מובן. p=f/s ובאופן דומה P=F/S. בואו נעשה החלפה למצב שיווי המשקל. f/s=F/S. ועכשיו נשווה את הכוחות f ו-F. לשם כך, הן החלק השמאלי והימני של הביטוילהכפיל ב-S ולחלק ב-f. נקבל fS/sf=FS/Sf. בוא נבטל את f ו-S בשני החלקים. התוצאה תהיה השוויון F/f=S/s.

המושג של זכייה תקף

אם S>s, אזי כוח הלחץ על הבוכנה בכלי הגדול יהיה גדול פי כמה מהכוח הלוחץ על הבוכנה הקטנה, כמה פעמים שטח הבוכנה הגדול יותר חורג משטח הקטן. במילים אחרות, על ידי הפעלת כוח קטן על בוכנה קטנה, בכלי גדול נקבל כוח גדול בהרבה מזה שבו נלחץ על בוכנה קטנה. זוהי השפעה הנקראת רווח בכוח. זה מראה כמה פעמים הכוחות נבדלים, כלומר, מה היחס בין F ל-f. אם ניקח כלים ששטחי החתך שלהם שונים מאוד, אז נוכל לקבל עלייה בחוזק של פי עשרה או אלף. ניתוח כוח מבהיר: הרווח בכוח שווה ליחס בין שטחי הבוכנה הגדולה והקטנה.

תנועת הבוכנות של מכונה הידראולית

תעשיות רבות משתמשות בעיקרון של העיתונות ההידראולית: פיזיקה, בנייה, עיבוד חומרים, חקלאות, רכב וכו'. דוגמאות ליישום של מכונות הידראוליות מוצגות באיור.

יישום של מכונות הידראוליות
יישום של מכונות הידראוליות

בואו נשקול את כל אותם שני כלים מתקשרים עם בוכנות, אבל עכשיו נשים לב לא לכוח, אלא למרחק שהבוכנות עוברות בזמן תנועה. תארו לעצמכם שהעמדה הראשונית שלהם שונה. הבוכנה עם שטח S ממוקמת מתחת לבוכנה עם שטח s. בואו נזיז את הבוכנה הקטנה יותר למרחק h. מים מכלי קטן יותר עברו לתוך גדול יותר ונלחץ על הבוכנה. הוא עבר לגובה H.

כלי תקשורת עם בוכנות
כלי תקשורת עם בוכנות

לדעת את היחס בין האזורים, נמצא את היחס בין הגבהים. הנפח שעבר בלחץ מהגליל השמאלי לימני מסומן ב-v. לתוך הגליל הימני נכנס נוזל בנפח V. הנוזל אינו ניתן לדחיסה. איך אפשר לכתוב את זה מתמטית? v=v. הביעו נפח במונחים של שטח וגובה. v=sh ו-V=SH. אז sh=SH. S/s=h/H. לכן, הרווח בחוזק הוא F/f=h/H. יחס זה נותן לנו הבנה כיצד פועלת מכבש הידראולי. אנו מסיקים שמכיוון ש-F גדול מ-f, אז H קטן מ-h, ובאותו גורם.

בוא נגיד שמכונה הידראולית נותנת עלייה של פי מאה בכוח. המשמעות היא שאם נוריד את הבוכנה הקטנה ב-100 מ"מ, הבוכנה השנייה תעלה רק ב-1 מ"מ. ויש מכונות שנותנות רווח בכוח פי אלף. אבל מה לגבי כשיש מכונית על הבוכנה וצריך להגביה לגובה של כמה מטרים?

מכונה הידראולית מרימה את המכונית
מכונה הידראולית מרימה את המכונית

עיצוב ועיקרון הפעולה של המכבש ההידראולי

בבוכנה של שטח קטן ישנו שסתום שסוגר את הצינור המוביל אל מאגר שמן המנוע. בדרך כלל אין שימוש במים במכבשים הידראוליים מכיוון שהם מאכלים ובעלי נקודת רתיחה נמוכה יחסית. הבוכנה מניעה את הידית. הנוזל מועבר מהגליל הקטן לגדול יותר דרך צינור.

לכלי הגדול יש גם שסתום ובוכנה. כאשר אנו מרימים את הידית, השמן, בעזרת אטמוספריהלחץ נשאב לתוך הגליל הקטן יותר. כשאנחנו מורידים את הבוכנה, השסתום נסגר, אין לאן לשמן ללכת, אז הוא נכנס לכלי גדול יותר. זה מרים את השסתום שבו, נפח השמן גדל, בגלל זה הבוכנה עולה. כשאנחנו מרימים שוב את הבוכנה הקטנה, השסתום בכלי הגדול נסגר, כך שהשמן לא הולך לשום מקום והבוכנה נשארת במקומה.

מכשיר לחיצה הידראולית
מכשיר לחיצה הידראולית

עקרון הפעולה של המכבש ההידראולי הוא כזה שכל תנודה של הבוכנה הקטנה מובילה תמיד לתנועת הבוכנה הגדולה כלפי מעלה. למכשיר מנגנון המאפשר לבוכנה הגדולה לרדת. זהו צינור עם ברז בכלי גדול יותר. כשסוגרים את הברז אוטמים את הגליל הגדול, וכשפותחים אותו מחזירים את המכבש ההידראולי למצבו המקורי, השמן מתנקז. הוא חוזר למאגר, מה שמאפשר להוריד את הבוכנה.

מוּמלָץ: