Pascalin laki: hydraulinen voiman moninkertaistaminen
1 · Ennusta
Hydraulisessa nosturissa on pieni syöttömäntä ja paljon suurempi ulostulomäntä, yhdistettynä tiiviillä fluidilla. Jos työnnät pientä mantaa, miksi suuri mäntä nostaa paljon raskaamman kuorman?
- Ulostulovoima on yhtä suuri kuin syöttövoima riippumatta mäntöjen koosta.
- Ulostulovoima on pienempi, koska fluidi imee osan työnnöstä.
- Ulostulovoima moninkertaistuu verrannollisena siihen, kuinka paljon suurempi ulostulomäntän pinta-ala on.
2 · Kokoa
- Avaa fluid-pascal-esiasetus ja paina Nollaa. Kaksi yhdistettyä eripinta-alaista mantaa jakaa tiiviin, puristumattoman fluidin.
- Ota käyttöön syöttö-/ulostulopaineen ja voiman lukemat.
- Aseta syöttömäntän pinta-ala, ulostulomäntän pinta-ala ja syöttövoima jokaiselle suoritukselle ja kirjaa ulostulovoimalukema.
3 · Kerää data
| Syöttömäntän pinta-ala A₁ (m²) | Ulostulomäntän pinta-ala A₂ (m²) | Syöttövoima F₁ (N) | Ulostulovoima F₂ (N) |
|---|---|---|---|
| 1.00e-3 | 0.01 | 50.00 | |
| 2.00e-3 | 0.02 | 80.00 | |
| 1.00e-3 | 0.05 | 20.00 |
Kuvaa ulostulovoima F₂ (y-akseli) pinta-alasuhtetta A₂/A₁ vasten (x-akseli) kolmelle suorituksellesi.
4 · Analysoi
- Yhdelle suoritukselle laske F₂ = F₁ · (A₂/A₁) ja vertaa sitä lukemaan.
- Pascalin laki sanoo, että suljettuun fluidiin kohdistettu paine siirtyy yhtä suurena kaikkialle. Käytä kaavaa P = F/A molemmilla mäntä selittääksesi, miksi F₂/F₁:n on oltava yhtä suuri kuin A₂/A₁.
5 · Laajenna
- Auton hydraulitunkki käyttää pientä käsipumppumäntää nostamaan koko auton. Käyttäen dataasi selitä suunnilleen, kuinka paljon suurempi tunkin ulostulomäntän pinta-alan on oltava kuin syöttömäntän, verrattuna käsin kohdistettavaan voimaan ja auton painoon.
- Jos ulostulomäntä nostaa kuormaa 10× syöttövoimalla, kuinka pitkälle ulostulomäntä liikkuu verrattuna siihen, kuinka pitkälle työnnät syöttömäntää? (Vihje: mieti fluiditilavuuden säilymistä.)