Гидравлический пресс, 7 класс

35 Гидравлический пресс. Поршневой жидкостный насос. Вспомним опыт, который уже проделывали ранее. Возьмем цилиндрический сосуд с поршнем, опустим открытый конец в воду и поднимем поршень. При этом вода начнет подниматься в сосуд вслед за поршнем  вследствие разности давлений. Действие поршневых жидкостных насосов основано на этом же принципе. Изобретение насоса относится к глубокой древности. Первый известный поршневой   насос   для   тушения   пожара,   который   изобрёл   древнегреческий механик Ктесибий, упоминается ещё в I веке до н. э. Конструкция   самого   простого   насоса   со   временем   практически   не изменилась.  Рассмотрим   устройство   насоса   в   продольном   разрезе.   Он   состоит   из цилиндрического   сосуда,   внутри   которого   по   вертикали   перемещается поршень.   Поршневая   часть   должна   плотно   прилегать   к   боковым   стенкам сосуда.   В   насосе   установлено   два   клапана,   которые   открываются   только вверх:   один   находится   в   самом   поршне,   а   второй   в   нижней   части цилиндрического сосуда.  Вода поднимается вслед за поршнем   вследствие уменьшения давления, при этом нижний клапан под действием создавшегося давления открывается. Поршень продолжает подниматься и вода, находящаяся ниже клапана, также устремляется вверх через открытое  отверстие.  При   движении   поршня   вниз,   нижний   клапан   закрывается,    а   верхний открывается.   Вода,   как   известно,   практически   не   сжимается,   поэтому   она поднимается вверх через открытый клапан.  При следующем движении поршня вверх порция воды, которая оказалась выше   поршня,   выливается   на   уровне   крана.     Одновременно,   ниже   уровня поршня, вода снова поднимается вверх через открытый нижний клапан. В 17 веке во Флоренции подобными  насосами планировали  поднимать воду на большую высоту. Однако практически оказалось, что высота подъема может быть около 10 метров. Чем можно это объяснить? Атмосферное давление уравновешивается столбом воды около 10 метров. Подобный опыт с использованием трубки такой длины провел Паскаль в 1646 году. Попробуйте руками выжать из семени подсолнечника или льна масло. Это возможно   сделать,   только   воспользовавшись   специальной   машиной   – гидравлическим прессом (в переводе с греческого гидравликос ­ водяной).  Принцип   действия   этой   машины   основан   на  законе   Паскаля,   который, собственно, и изобрел гидравлический пресс, только называл он его «машиной для увеличения сил». Рассмотрим основную часть гидравлической машины подробнее. Два цилиндрических сосуда разного диаметра, соединены между собой трубкой. Если закрыть эти сосуды поршнем, легко убедиться, что меньшая сила может уравновесить большую.  Обоснуем это.  Силы   давления   над   левым   и   правым   поршнем     соответственно. Площади поршней различны, обозначим их  . Так   как   жидкости   находятся  в  равновесии,  давления  в  сосудах   будут одинаковыми.  Давление, действующее на поршень, найдем по формуле, как отношение силы давления к площади:    . Подставим эту формулу в равенство выше. Откуда найдем зависимость между силой давления и площадью поршня. ,  Следовательно, сила     во столько раз больше силы   , во сколько раз площадь одного поршня больше площади другого: . Например,   если   площадь   второго   поршня   в   100   раз   больше   площади первого, то ваша сила увеличится в 100 раз. Гидравлическую машину, которая служит для прессования (сдавливания), называют гидравлическим прессом.  Рассмотрим, как работает гидравлический пресс.  Больший поршень будет действовать многократно увеличенной силой на любое тело, помещенное под него. Гидравлические прессы применяются там, где требуется применение большой силы: с помощью пресса можно выжать масло из любых масленичных культур;  прессовать картон и фанеру. Широко используют   гидравлические   прессы   на   металлургических   заводах   при изготовлении валов машин, железнодорожных колес.