Pascals prinsipp: hydraulisk kraftmultiplikasjon
1 · Prediker
En hydraulisk løft har et lite inngangsstempel og et mye større utgangsstempel, forbundet med en forseglet væske. Hvis du skyver på det lille stempelet, hvorfor løfter det store stempelet en mye tyngre last?
- Utgangskraften tilsvarer inngangskraften uansett stempelstørrelser.
- Utgangskraften er mindre fordi væsken absorberer noe av presset.
- Utgangskraften multipliseres i proporsjon med hvor mye større utgangsstempelarealet er.
2 · Oppsett
- Åpne væske-Pascal-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. To tilkoblede stempler av forskjellige arealer deler en forseglet, ukomprimerbar væske.
- Aktiver inngangs-/utgangstrykk- og kraftavlesningene.
- Sett inngangsstempelarealet, utgangsstempelarealet og inngangskraften for hvert forsøk, og registrer utgangskraft-avlesningen.
3 · Samle inn data
| Inngangsstempelareal A₁ (m²) | Utgangsstempelareal A₂ (m²) | Inngangskraft F₁ (N) | Utgangskraft F₂ (N) |
|---|---|---|---|
| 1.00e-3 | 0.01 | 50.00 | |
| 2.00e-3 | 0.02 | 80.00 | |
| 1.00e-3 | 0.05 | 20.00 |
Plott utgangskraft F₂ (y-akse) mot arealforholdet A₂/A₁ (x-akse) for dine tre forsøk.
4 · Analyser
- For ett forsøk, beregn F₂ = F₁ · (A₂/A₁) og sammenlign den med avlesningen.
- Pascals prinsipp sier at trykk påført en innelukket væske overføres likt overalt. Bruk P = F/A på begge stemplene for å forklare hvorfor F₂/F₁ må tilsvare A₂/A₁.
5 · Utvid
- En hydraulisk biljakk bruker et lite håndpumpenstempel til å løfte en hel bil. Med dataene dine, forklar omtrent hvor mye større jakkens utgangsstempelareal må være enn inngangsstempelarealet, i forhold til kraften du kan påføre for hånd og bilens vekt.
- Hvis utgangsstempel løfter en last med 10× inngangskraften, hvor langt beveger utgangsstempel seg sammenlignet med hvor langt du skyver inngangsstempel? (Hint: tenk på bevarelse av væskevolum.)