Закон Паскаля: умножение гидравлической силы
1 · Прогноз
У гидравлического подъёмника малый входной поршень и куда больший выходной, соединённые герметичной жидкостью. Почему нажатие на малый поршень поднимает на большем куда более тяжёлый груз?
- Выходная сила равна входной при любых размерах поршней.
- Выходная сила меньше, потому что жидкость поглощает часть нажатия.
- Выходная сила умножается пропорционально тому, насколько больше площадь выходного поршня.
2 · Подготовка
- Откройте пресет закона Паскаля и нажмите «Сброс». Два соединённых поршня разных площадей делят герметичную несжимаемую жидкость.
- Включите показания давлений и сил на входе/выходе.
- Задайте площадь входного поршня, площадь выходного поршня и входную силу для каждой пробы и запишите показание выходной силы.
3 · Сбор данных
| Площадь входного поршня A₁ (m²) | Площадь выходного поршня A₂ (m²) | Входная сила F₁ (N) | Выходная сила F₂ (N) |
|---|---|---|---|
| 1.00e-3 | 0.01 | 50.00 | |
| 2.00e-3 | 0.02 | 80.00 | |
| 1.00e-3 | 0.05 | 20.00 |
Постройте выходную силу F₂ (ось y) против отношения площадей A₂/A₁ (ось x) для трёх проб.
4 · Анализ
- Для одной пробы вычислите F₂ = F₁ · (A₂/A₁) и сравните с показанием.
- Закон Паскаля: давление, приложенное к замкнутой жидкости, передаётся одинаково во все стороны. Примените P = F/A к обоим поршням и объясните, почему F₂/F₁ должно равняться A₂/A₁.
5 · Развитие
- Гидравлический домкрат поднимает весь автомобиль малым поршнем ручного насоса. По своим данным объясните, примерно во сколько раз площадь выходного поршня домкрата должна быть больше площади входного — относительно силы, которую вы можете приложить рукой, и веса автомобиля.
- Если выходной поршень поднимает груз с силой в 10× больше входной, насколько дальше перемещается входной поршень по сравнению с выходным? (Подсказка: подумайте о сохранении объёма жидкости.)