7 класс. Урок № 42. Закон Паскаля. Гидравлика. Пневматика
В отличие от твёрдых тел молекулы жидкостей и газов свободно передвигаются друг относительно друга. Из-за подвижности производимое на молекулы давление передаётся не по направлению действия силы, а по всем направлениям.
Если ударить в бильярдные шары, сложенные треугольником, они покатятся во все стороны в результате действия друг на друга. Молекулы жидкостей и газов под действием силы давления будут вести себя так же.
Опыт:
Поместим воду в полый шар с отверстиями равномерно расположенными по его поверхности, и создадим поршнем давление на воду. В результате из всех отверстий будут вытекать одинаковые струи воды. Значит, давление жидкости по всем направлениям передаётся одинаково. Такое же явление наблюдается, если из шара выдавливать пар.
Происходящие явления описываются законом Паскаля (в честь которого названа единица давления).
Закон Паскаля: давление на жидкость или газ в замкнутом сосуде передаётся по всем направлениям одинаково.
Давление на жидкость может передаваться даже против направления действия силы.
Опыт:
Возьмём стеклянную трубку и лёгкий диск на нити (1). Натянем нить и получим сосуд с отпадающим дном (2). Погрузим его в стакан с водой (3). Теперь диск не отпадёт, даже если нить не натягивать.
Вода давит на слой воды под диском сверху вниз. Но по закону Паскаля давление в жидкостях передаётся во все стороны одинаково. Поэтому сила давления, которое направлено также и вверх, прижимает диск к краям трубки.
Диск останется неподвижным, даже если в трубку налить немного воды (4), и упадёт только тогда, когда уровень воды внутри трубки сравняется с уровнем воды в стакане (5). Попробуйте ответить самостоятельно, почему так происходит.
Закон Паскаля используется в гидравлических механизмах – устройствах, основанных на передаче одинакового давления жидкостями по всем направлениям. Это гидравлический подъёмник, гидравлический пресс, гидравлические тормоза и др.
Гидравлический подъёмник состоит из двух цилиндров разных диаметров с поршнями и соединительной трубкой. Пространство под поршнями и трубка заполнены жидкостью.
Как работает гидравлический подъемник?
Площадь малого поршня S1, а большого – S2.
На малый поршень действует сила F1 и оказывает давление: p_1=F_1/S_1 .
По закону Паскаля оно передаётся во все точки жидкости одинаково. Значит, вода оказывает на большой поршень такое же давление. То есть p1 = p2.
Тогда можно записать следующее равенство: F_1/S_1=F_2/S_2 или F_2/F_1 =S_2/S_1.
Если площадь первого поршня равна 1 см2, а второго – 3 см2, то F_2/F_1 =S_2/S_1 =(3〖см〗^2)/(1〖см〗^2 )=3 и F_2=3F_1.
То есть для того, чтобы поднять груз заданной массы потребуется приложить силу в три раза меньше.
Использование гидравлического механизма обеспечивает выигрыш в силе во столько раз, во сколько площадь одного поршня больше площади другого.
Здесь проявляется так называемое золотое правило механики, с которым вы познакомитесь чуть позже. Вкратце его можно сформулировать так: получая выигрыш в силе, мы проигрываем в пути во столько же раз. Если мы трижды выигрываем в силе, то, опустив поршень на 6 см, мы сможем поднять груз только на 2 см, то есть на высоту, меньшую в три раза.
Гидравлический пресс действует по тому же принципу, что и подъёмник, но на выходе у большого поршня закреплена неподвижная площадка. Прикладывая к малому поршню небольшое усилие, мы можем поднимать достаточно тяжёлые грузы, расположенные на большом поршне. Правда, из-за проигрыша в расстоянии груз будет перемещаться гораздо медленнее, чем рычаг поршня, на который мы будем давить.
Как работает гидравлический тормоз?
Когда водитель нажимает на педаль тормоза (1), поршень проталкивает тормозную жидкость через цилиндр (2). Давление по трубке передаётся в два других цилиндра, и те давят на поршни (3). Поршни прижимают тормозные колодки (4) к тормозному барабану колеса (5). Между колодками и барабаном возникает трение, которое замедляет вращение колеса. Когда водитель отпускает педаль, пружина между поршнями (6) возвращает колодки в исходное положение. По трубке (7) давление, возникающее при нажатии на педаль, одновременно передаётся тормозам остальных колёс.
Хостинг от uCoz
