Отношение сил
\(\frac{F_2}{F_1}=\frac{S_2}{S_1}\) для идеальной машины при одинаковых уровнях.
Гидравлический пресс
Гидравлическая машина использует передачу давления жидкостью по закону Паскаля. В простейшей модели два цилиндра разного диаметра соединены трубкой и заполнены жидкостью, например маслом; в цилиндрах находятся плотно прилегающие поршни.
Сила F₁ на малом поршне площадью S₁ создаёт давление p = F₁/S₁. Оно передаётся большому поршню площадью S₂, поэтому F₂ = pS₂. В идеальной модели, без трения и при одинаковом уровне, \(\frac{F_2}{F_1}=\frac{S_2}{S_1}\). Выигрыш в силе равен отношению площадей поршней, а не их диаметров.
В примере малый поршень имеет площадь 2 см², большой — 120 см². При F₁ = 240 Н получаем F₂ = 240 · 120/2 = 14 400 Н. Площадь увеличена в 60 раз, во столько же раз больше сила. Давление под обоими поршнями при этом одинаково.
Гидравлический пресс создаёт большие силы при обработке материала. Заготовку располагают на платформе большого поршня; жидкость, нагнетаемая малым поршнем, поднимает платформу и сжимает заготовку. При обратном ходе малого поршня всасывающий клапан открывается и подаётся новая порция жидкости, при рабочем ходе он закрывается, а нагнетательный клапан пропускает жидкость в большой цилиндр. Повторение ходов постепенно перемещает большой поршень.
Манометр контролирует давление, а предохранительный клапан открывается при превышении допустимого значения. В мощных устройствах давление создают специальными насосами. Принцип применяют в прессах, домкратах и гидравлических тормозах.
Рубрика о прессе-гиганте показывает масштаб применения: описан штамповочный пресс высотой 26,5 м, с движущейся частью массой 1820 т и рабочим усилием 455 000 кН. Он формует сложные авиационные детали с высокой точностью. Размер и масса установки не заменяют основной принцип: большая сила получается благодаря давлению на большую площадь.
В гидравлическом тормозе автомобиля педаль перемещает поршень главного цилиндра. Повышенное давление тормозной жидкости передаётся рабочим цилиндрам у колёс; их поршни прижимают колодки к вращающимся поверхностям. Трение тормозит колёса. При отпускании педали в показанной схеме возвратные пружины отводят колодки, жидкость возвращается в главный цилиндр. При одинаковом давлении сила каждого поршня определяется его площадью.
Гидравлическая машина передаёт давление через жидкость по закону Паскаля. Без трения отношение сил равно отношению площадей поршней: \(\frac{F_2}{F_1}=\frac{S_2}{S_1}\). Большой поршень даёт выигрыш в силе.
Как устроена гидравлическая машина и на чём основана её работа?
Два цилиндра с поршнями разной площади соединены жидкостью. Нагрузка малого поршня создаёт добавку давления, которая передаётся большому по закону Паскаля. При большей площади та же добавка давления создаёт большую силу. В идеальной модели пренебрегают трением, весом поршней и перепадом уровней.
Как найти выигрыш в силе без трения?
Из равенства \(F_1/S_1=F_2/S_2\) получаем \(\frac{F_2}{F_1}=\frac{S_2}{S_1}\), где 2 — большой поршень. Выигрыш равен отношению площадей, а при сравнении диаметров — квадрату их отношения. Это не выигрыш в энергии: большой поршень проходит меньший путь.
Объясните работу пресса по рисунку 148.
При подъёме малого поршня 3 давление под ним падает, клапан 6 впускает масло из резервуара, а клапан 7 удерживает масло большого цилиндра. При опускании 3 клапан 6 закрывается, 7 открывается, масло поступает под большой поршень 2 и поднимает платформу, сжимающую тело 1. Циклы повторяют. Манометр 4 контролирует давление, предохранительный клапан 5 ограничивает его; фактическая схема зависит от устройства.
Выберите номер, чтобы открыть условие и пошаговое решение.
1 2 3 4Пример в тексте
Обсуждаем вместе
Задание 32
Это любопытно…: гидравлический тормоз
Задали работу по теме параграфа?
Реферат, доклад или проект по параграфу: план, текст, таблицы и оформление по требованиям.
ВНИМАНИЕ: Представленные фрагменты из учебных материалов используются исключительно в научно-образовательных целях в объеме, оправданном поставленной целью.
Данное использование осуществляется в рамках, установленных законодательством об авторском праве (в частности, нормами о свободном использовании произведения для образовательных целей).
В соответствии с законодательством, автор и источник заимствования указаны для каждого используемого фрагмента.