Фізика. 7 клас. Сиротюк

§ 33. Гідравлічні машини

На законі Паскаля ґрунтується будова і дія гідравлічних машин. Гідравлічні машини (з грец. гідравлікос - водяний) - це машини, для роботи яких використовується рідина. Подібно до інших простих машин і механізмів, які ви вивчатимете в наступному розділі, призначення гідравлічної машини - це перетворення значення сили та напряму її дії. Головною частиною гідравлічної машини є дві циліндричні посудини різного діаметра, сполучені між собою трубкою (мал. 160). Усередині посудин вільно переміщуються добре припасовані до стінок поршні. Посудини під поршнями зазвичай заповнюють машинним маслом.

На обох поршнях стоять гирі; бачимо, що на більшому правому поршні гиря має значно більшу вагу, ніж на лівому малому. Тому сила тиску F2 на рідину, що створює правий поршень, значно більша за силу тиску F1, що створює лівий поршень. З’ясуємо, за якої умови поршні залишатимуться в рівновазі, тобто будуть нерухомими.

Тиск під малим поршнем p1 дорівнюватиме відношенню сили тиску F1 до площі поршня S1:

Так само тиск p2 під великим поршнем дорівнюватиме відповідно:

За умови рівноваги рідина в машині має перебувати в спокої, тобто не перетікати з одного циліндра в інший. Це можливо тільки тоді, коли тиск рідини зліва дорівнюватиме тиску рідини справа, тобто:

Мал. 160

Користуючися властивістю пропорції, цьому співвідношенню можна надати такого вигляду:

Звідси випливає, що в стані рівноваги сила тиску F2 під великим поршнем у стільки разів більша за силу тиску F1 під малим поршнем, у скільки площа великого поршня S2 більша за площу малого S1. Це означає, що, діючи малою силою на малий поршень, можна врівноважити велику силу на великому поршні, наприклад утримати або підняти важкий вантаж.

Бачимо, що гідравлічна машина дає змогу збільшити силу й змінити напрям її дії.

Гідравлічна машина дає виграш у силі в стільки разів, у скільки площа її великого поршня більша за площу малого.

Гідравлічну машину, призначену для пресування (стискування) пористих тіл (порожнистих), називають гідравлічним пресом. Тіло, яке треба спресувати, кладуть на платформу, що розміщується на великому поршні (мал. 161). Коли поршень піднімається, тіло впирається в нерухому верхню платформу і стискається.

З малої посудини у велику масло перекачується повторними рухами малого поршня. Коли він піднімається вгору, то під поршень засмоктується масло з посудини. При цьому клапан 1 відкривається, а клапан 2 закривається під дією тиску масла. Під час опускання малого поршня, навпаки, клапан 1 закривається, а відкривається клапан 2, і рідина переходить у велику посудину.

Наприклад, якщо площа малого поршня S1 = 5 см2, а площа великого поршня S2 = 500 см2, то виграш у силі становитиме 100 разів. Установивши цей дивний факт, Паскаль написав, що за допомогою машини, яку він винайшов, «одна людина, натискуючи на малий поршень, зрівноважить силу ста людей, які натискують на поршень, у сто разів більший, і тим самим подолає силу дев’яносто дев’яти людей».

Уперше гідравлічні преси почали застосовуватися на практиці наприкінці XVIII - на початку XIX ст. Гідравлічні преси використовують під час виготовлення сталевих валів і кузовів машин, залізничних коліс, різноманітних металевих і пластмасових виробів. Для віджимання соку з винограду, олії - із соняшникового насіння, виготовлення халви також використовують преси.

Сучасні гідравлічні преси можуть створювати тиск до 41 700 МПа (мал. 162).

Мал. 161

Мал. 162

В автомобілях використовують гідравлічні гальма. Схему будови такого гідравлічного гальма показано на малюнку 163. Якщо водій тисне на педаль 1, то поршень у циліндрі 2 створює тиск на рідину, яка заповнює циліндр-трубку і гальмівні циліндри 3. Цей тиск згідно із законом Паскаля передається без зміни рідиною на поршні гальмівних циліндрів 3. Поршні під дією сили тиску розходяться і притискують гальмівні колодки 4 до гальмівних барабанів - колеса автомобіля гальмуються, автомобіль зменшує швидкість і зупиняється. Якщо водій припиняє тиснути на педаль, то пружина стискається і повертає гальмівні колодки в початкове положення.

Мал. 163

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

  • 1. Що таке гідравлічна машина?
  • 2. Для чого використовують гідравлічний прес?
  • 3. Який виграш у силі дає гідравлічний прес?
  • 4. Як працюють гідравлічні гальма?
ГДЗ до підручника можна знайти тут.