§30 Гидравлические механизмы

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.

Вопросы:

1. Какой закон используется в устройстве гидравлических механизмов?

2. Где находят применение гидравлические механизмы?

3. Какой выигрыш в силе может дать гидравлический пресс?

4. На тормозные поршни задних или передних колес приходится большее давление при использовании гидравлических тормозов? Ответ аргументируйте.

5*. Каковы преимущества использования гидравлических механизмов вместо системы шестерёнок и тросов?