Принцип Паскаля: множення сили гідравлікою
1 · Прогноз
Гідравлічний підйомник має малий вхідний поршень і значно більший вихідний, з'єднані замкненою рідиною. Якщо натиснути на малий поршень, чому великий поршень підіймає значно важчий вантаж?
- Вихідна сила дорівнює вхідній, які б не були розміри поршнів.
- Вихідна сила менша, бо рідина поглинає частину поштовху.
- Вихідна сила множиться пропорційно тому, наскільки площа вихідного поршня більша.
2 · Установка
- Відкрийте пресет «Принцип Паскаля» та натисніть «Скинути». Два з'єднані поршні різних площ ділять замкнену нестисливу рідину.
- Увімкніть покази вхідного/вихідного тиску та сил.
- Задайте площу вхідного поршня, площу вихідного поршня та вхідну силу для кожного заміру і запишіть показ вихідної сили.
3 · Збір даних
| Площа вхідного поршня A₁ (m²) | Площа вихідного поршня A₂ (m²) | Вхідна сила F₁ (N) | Вихідна сила F₂ (N) |
|---|---|---|---|
| 1.00e-3 | 0.01 | 50.00 | |
| 2.00e-3 | 0.02 | 80.00 | |
| 1.00e-3 | 0.05 | 20.00 |
Побудуйте графік вихідної сили F₂ (вісь y) проти відношення площ A₂/A₁ (вісь x) для трьох замірів.
4 · Аналіз
- Для одного заміру обчисліть F₂ = F₁ · (A₂/A₁) і порівняйте з показом.
- Принцип Паскаля каже, що тиск, прикладений до замкненої рідини, передається однаково всюди. Використайте P = F/A на обох поршнях, щоб пояснити, чому F₂/F₁ має дорівнювати A₂/A₁.
5 · Поглиблення
- Автомобільний гідравлічний домкрат підіймає цілу машину малим поршнем ручної помпи. Використовуючи свої дані, поясніть, приблизно у скільки разів площа вихідного поршня домкрата мусить бути більшою за вхідний, відносно сили, яку ви можете дати рукою, та ваги авто.
- Якщо вихідний поршень підіймає вантаж силою, у 10× більшою за вхідну, наскільки далеко рухається вихідний поршень порівняно з тим, наскільки ви тиснете вхідний? (Підказка: подумайте про збереження об'єму рідини.)