Закон паскаля: давление, производимое внешними силами на поверхность жидкости или газа, передаётся по всем направлениям без изменения.

Секция 2

Отношение давление и силы

 

По закону Паскаля, отношение между давлением и силой выражается формулами:

 

P = F/A

 

F = P × S, где P – давление, F – сила, S – площадь

 

Гидравлический рычаг

На модели поршня, показанной на рисунке ниже, можно увидеть пример уравновешивания различного веса через гидравлический рычаг. Паскаль открыл, как видно на этом примере, что малый вес малого поршня уравновешивает большой вес большого поршня, доказывая, что площадь поршня пропорционально весу. Это открытие применительно к сжимаемой жидкости. Причина, почему это возможно, это то, что жидкость всегда действует с равной силой на равную площадь.

На рисунке изображён груз 2 кг и груз 100 кг. Площадь одного груза, весом 2 кг – 1см², давление составляет 2 кг/см². Площадь другого груза, весом 100 кг – 50 см², давление составляет 2 кг/см². Два веса уравновешивают друг друга.

Механический рычаг

Та же ситуация может быть проиллюстрирована на примере механического рычага на рисунке ниже.

Кот весом 1 кг сидит на расстоянии 5 метров от центра тяжести рычага и уравновешивает кота весом 5 кг на расстоянии 1 метра от центра тяжести, подобно грузу на примере гидравлического рычага.

Преобразование энергии гидравлического рычага

Важно помнить, что жидкость действует равной силой на равную площадь. При работе это очень сильно помогает.

Имеется два цилиндра одинакового размера. Когда мы нажимаем на один поршень с усилием 10 кг, другой поршень выдавливается с усилием 10 кг, потому что площадь каждого цилиндра одинаковая. Если площади разные, силы тоже разные.

Например, допустим, что большой поршень имеет площадь 50 см², а маленький поршень имеет площадь 1 см², при усилии в 10 кг на маленький поршень происходит воздействие 10 кг/см² на каждую часть большого клапана согласно закона Паскаля, поэтому большой поршень получает общую силу 500 кг. Мы используем давление для передачи энергии и выполнения работы.

Имеется важный пункт при преобразовании энергии, а именно, отношение между силой и расстоянием. Вспомни, на механическом рычаге, малый вес требует длинный рычаг для достижения равновесия. Для того, чтобы поднять кота весом 5 кг на 10 см, кот весом 1 кг должен опустить рычаг на 50 см вниз.

Давайте посмотрим на рисунок гидравлического рычага снова и подумаем о ходе малого поршня. Ход малого поршня 50 см необходим для передачи достаточного количества жидкости для передвижения поршня большого цилиндра на 1 см.

 

 

Секция 3

Поток создаёт движение

Что такое поток?

При разнице давления в двух точках гидравлической системы, жидкость стремится к точке с наименьшим давлением. Такое движение жидкости называется потоком.

Здесь приведены несколько примеров потока. Вода в городском водопроводе создаёт давление. Когда мы поворачиваем кран, то за счёт разности давления из крана течёт вода.

В гидравлической системе поток создаёт насос. Насос создаёт непрерывный поток.

Скорость и величина потока

Скорость и величина потока используются для измерения потока.

Скорость показывает расстояние, пройденное за определённый промежуток времени.

Скорость, м/мин.

 

Величина потока показывает, сколько жидкости протекает через определённую точку за данный момент времени.

Величина потока, лит./мин.

 

Величина потока и скорость

В гидравлическом цилиндре легко рассмотреть отношение между величиной потока и скоростью.

Во первых, мы должны подумать об объёме цилиндра, который мы должны заполнить и затем подумать о ходе поршня.

На рисунке показан цилиндр А длинной 2 метра и объёмом 10 литров и цилиндр В длинной 1 метр и объёмом 10 литров. Если закачать 10 литров жидкости в минуту в каждый цилиндр, полный ход обоих поршней длится 1 минуту. Поршень цилиндра А двигается в два раза быстрее, чем цилиндра В. Это происходит потому, что поршень должен пройти расстояние в два раза больше за один и тот же промежуток времени.

Это значит, что цилиндр с меньшим диаметром двигается быстрее, чем цилиндр с большим диаметром при одинаковой скорости потока для обоих цилиндров. Если мы увеличим скорость потока до 20 л/мин, обе камеры цилиндра наполнятся в два раза быстрее. Скорость поршня должна увеличиться в два раза.

Таким образом, мы имеем два пути увеличения скорости цилиндра. Один путём уменьшения размера цилиндра и другой за счёт увеличения скорости потока.

Скорость цилиндра, таким образом, пропорциональна скорости потока и обратно пропорционально площади поршня.

 

 

Давление и сила

Создание давления

Если вы надавите на пробку в бочке, заполненную жидкостью, пробка будет остановлена жидкостью. При нажатии, жидкость под давлением давит на стенки бочки. При чрезмерном нажатии возможен разрыв бочки.