Гидравлическое усиление
Изменяй силу на малом поршне и площадь большого. Сравни силы и ходы при передаче одинаковой добавки давления.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Малая площадь 2 см²; расчёт при одинаковой высоте, без трения и сжатия жидкости. Для сравнения хода малый поршень смещён на 10 см; схема геометрически условная.
Передаётся изменение давления
Закон Паскаля: давление, производимое на покоящуюся жидкость или газ в замкнутой системе, передаётся во все направления. Удобно понимать это как передачу добавленного давления.
Это не отменяет увеличение гидростатического давления с глубиной. На разных высотах полное давление может различаться, хотя добавка от поршня передаётся одинаково.
Нажим на поршень
Создаёт добавку давления
Покоящаяся среда
Передаёт добавку во все направления
Другой поршень
Испытывает дополнительную силу
Закон Паскаля описывает передачу приложенного давления жидкостью или газом.
Почему у дна вода давит сильнее, если действует закон Паскаля?
К одинаково переданной добавке прибавляется давление столба жидкости; оно зависит от глубины.
Давление одинаково, силы различны
Для двух поршней на одинаковой высоте в идеальной гидравлической системе F₁/S₁ = F₂/S₂. Поэтому F₂ = F₁ · S₂/S₁. Здесь сравнивают силы от одинакового дополнительного давления.
Если площадь второго поршня в 5 раз больше, его сила в 5 раз больше. Жидкость передаёт давление, а не одинаковую силу независимо от площади.
Малый поршень
F₁ = 20 Н; S₁ = 2 см²
Большой поршень
S₂ = 10 см²
Результат
F₂ = 20 · 10 / 2 = 100 Н
Выигрыш в силе определяется отношением площадей поршней.
Нужно ли переводить обе площади в м² при вычислении их отношения?
Если используются одинаковые единицы площади, они сокращаются. Для расчёта самого давления в паскалях площадь переводят в м².
Гидравлический домкрат
Домкрат использует передачу давления рабочей жидкостью.
B722N · CC BY-SA 4.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Схема работы гидравлического домкрата
Поршни разной площади дают выигрыш в силе и проигрыш в ходе.
Olivier Cleynen · CC0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Большая сила — меньший ход
В идеальной несжимаемой жидкости объём, вытесненный одним поршнем, соответствует объёму под другим: S₁h₁ = S₂h₂. Большой поршень проходит меньший путь.
Если выигрыш в силе равен пяти, ход большого поршня в пять раз меньше. Идеальное устройство не создаёт работу из ничего; реальное дополнительно имеет потери.
| Поршень | Площадь | Сила и путь |
|---|---|---|
| Малый | Меньше | Меньше сила, больше ход |
| Большой | Больше | Больше сила, меньше ход |
Выигрыш в силе гидравлического устройства сопровождается проигрышем в пути.
Можно ли одновременно получить большую силу и такой же ход без дополнительных затрат?
Нет. Это противоречило бы сохранению энергии; в идеальной системе работы равны.
Почему используют жидкость
Жидкости обычно гораздо труднее сжать, чем газы. Поэтому они хорошо передают перемещение поршней в гидроприводе. Воздушные пузырьки могут ухудшать работу такой системы.
Гидравлические тормоза и подъёмники используют передачу давления. В расчётах начального уровня пренебрегают трением, сжимаемостью и разностью высот, если это указано.
Закон
Относится и к жидкостям, и к газам в подходящих условиях
Гидропривод
Часто использует малую сжимаемость жидкости
Практический расчёт гидропривода требует учитывать принятые упрощения.
Закон Паскаля означает, что твёрдое тело никогда не передаёт воздействие в стороны?
Нет. Поведение твёрдых тел сложнее и зависит от деформации и формы. Закон в данном виде относится к жидкостям и газам.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 7 класс», § 30. Тема и содержание сверены с файлом «7 класс. Физика — § 30. Передача давления газами.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Число частиц, размеры и цвета учебных схем условны.