counter?id=2204607;js=na Фунт уравновешивает сто фунтов - гидравлический пресс
logo
logo

Люди, не занимающиеся специально физикой или практической механикой, верно слыхали, что гидравлический пресс (водяной пресс) представляет собой машину, дающую человеку возможность поднять груз в 18 тонн, или же что такая машина больших размеров, приводимая в движение механической силой в состоянии поднять 2 тысячи тонн, В таком случае им должно казаться, что дело не обходится тут без сверхъестественного вмешательства, благодаря которому сравнительно малая сила может породить такую огромную силу.
Этот поразительный результат основан на том, что вода, как и вообще все жидкости, передает производимое на нее давление равномерно и по всем направлениям.
Иначе обстоит дело с куском железа или другим твердым телом. Он может передать давление, испытываемое им сверху, как, например, действие своей собственной тяжести только вниз, т. е. на предметы, находящиеся под ним. Предметы, находящееся рядом с ним, не испытывают при этом никакого давления. Если же давить на твердое тело сбоку, то оно в состоянии передать это давление лишь предметам, находящимся сбоку от него по направлению давления.
Эластичная резина (каучук, гуттаперча) обладает до известной степени некоторыми свойствами жидкостей. Эта резина в состоянии сообщить новое направление части испытываемого ею давления.
Так, литой резиновый мяч, который поместим в четырехугольный ящик, так, чтобы он касался его стенок, при сильном давлении сверху будет расширяться. И в этом случае дно будет испытывать наибольшее давление, но часть давления передастся и на боковые стенки.
Эта особенность, которую резина обнаруживает благодаря способности изменять свою форму под влиянием давления, вообще свойственна всем жидкостям, с той лишь разницей что они передают равномерно и по всем направлениям все то давление, которое они испытывают. Разберем некоторые общеизвестные примеры, на которых можно показать распространение давления по всем направлениям. Чем объяснить то, что вода с такой силой стремится открыть шлюз или прорвать плотину, которая запруживает воду в пруде? Рассмотрим часть воды на известной глубине внутри шлюза. Она сжимается под влиянием собственного веса и веса лежащих над нею масс воды. Это давление передается не только нижележащим массам и дну, но также и прилегающим сбоку массам воды, которые, в свою очередь, давят на стены и ворота шлюза.
При этом давление на ворота на большой глубине будет больше, чем вблизи поверхности. Как объяснить, что судно плавает по воде? Вода близ судна давит вследствие собственного веса вниз. Это давление передается не только в стороны, но также и вверх и поэтому давит на судно снизу.
Чтобы понять действие гидравлического пресса, изготовим прибор, который изображен на рис. 26. А и В представляют 2 цилиндра, у которых внутреннее поперечное сечение равно 10 кв. см; D, Е, F и G представляют 4 таких же цилиндра. Все 6 цилиндров соединяются около их дна трубками. В С помещен кран, вначале закрытый. Если в цилиндр А налить воды, то она проникнет и в В и поднимется на такую высоту, что поверхность ее будет в обеих цилиндрах лежать в одной горизонтальной плоскости.

принцип гидравлического пресса

Рис.26. К уяснению принципа гидравлического пресса?

Если уровень воды в одной из трубок временно стоит немного выше, чем в другой, то и вес воды в этой трубке будет немного больше. Поэтому она будет давить сильнее на воду, которая находится вблизи дна. Это давление передается в сторону, и в другой трубке кверху и там поднимает воду, до тех пор, пока она не будет стоять так же высоко, как и в первой трубке, т, е. пока массы воды в обеих трубках не уравновесятся. Но не только собственный вес воды передается по любому направлению. На всякую поверхность воды, величиной в 10 кв. см, воздух давит с силой свыше 10 килограммов. Это давление также передается, и действия его на обе трубки взаимно уравновешивают друг друга. Чтобы это доказать, достаточно в обеих трубках поместить над водой поршень, легко скользящий и плотно прилегающий. Затем, если поршень в А слегка приподнять, то он освободит воду в А от давления воздуха. Вследствие этого поршень в В, который находится под таким же воздушным давлением, передает свое давление воде по всем направлениям и вызовет в А движение воды вслед за поршнем.
С другой стороны, если нажать поршень в А, то излишек давления передается во все стороны и подымает поршень в В, преодолевая вместе с тем давление на него воздуха в 10 кг.
Теперь откроем кран С. Каждый из вышеописанных опытов с цилиндром А вызовет в каждой из пяти трубок В, D, Е, F и G такой же результат, какой прежде был в одной трубке В. В цилиндр А нальем воды; уровень ее установится повсюду в одной и той же горизонтальной плоскости, так как давление атмосферы, а также давление воды передается по всем Направлениям, и поэтому установится полное равновесие. Если снабдить все трубки поршнями и изменить давление в одной из них, то во всех пяти трубках произойдет одинаковое изменение, какое прежде происходило лишь в одной. Если положить на поршень в А один килограмм, то и на все пять поршней придется положить по одному килограмму, чтобы они все оказались на одинаковой высоте.
Здесь находится ключ к пониманию гидравлического пресса. Груз, который давит на поверхность воды в одной из трубок, очевидно, уравновешивает такой же груз и в остальных пяти трубках. Килограмм в А может поэтому поддержать 5 килограммов, равномерно распределенных в В, D, Е, F и G. Но небольшой избыток в А нарушит равновесие и поднимет 5 килограммов на некоторую высоту. Мы по существу не изменим отношение между одним из цилиндров и пятью остальными, если мы все пять последних соединим в одну более широкую трубку с внутренним поперечным сечением в 50 кв. см. Подобное устройство изображено на рис. 26 в М, и действительно опыт показывает, что если L имеет поперечное сечение в 10 кв.см, М — в 50 кв.см, то 1 килограмм в L уравновешивает 5 кг в М и небольшого избытка в L достаточно, чтобы поднять 5 килограммов в М. Отсюда следует, и опыт это подтверждает, что когда поперечное сечение в М в 100 раз больше сечения в I, то сила в 1 килограмм в L уравновешивает груз в 100 кг в М.
Теперь представим себе, что трубка в L заменена небольшим нагнетательным насосом. На нашем рисунке L изображает цилиндр насоса. Пусть давление на поршень производится не рукой человека, а с помощью рычага (рукоятки насоса). При этом пусть плечо, к которому приложена сила, будет в 6 раз длиннее плеча, которое с помощью стержня соединенно с поршнем насоса.
Человек может без особых усилий произвести на рычаге давление в 30 килограммов. Применение рычага увеличило это давление в 6 раз, и поршень давит с силой в 180 кг на воду в L. При этом, если поперечное сечение в М в 100 раз превосходит сечение в L, то вода в М может поднять груз в 18000 кг или 18 тонн. Один человек, работая рукояткой насоса, поднимает 18 тонн! Когда об этом слышишь впервые, то это похоже на сказку!
Получается такое впечатление, будто природу обманывают. Природа очень осторожный банкир и ни разу еще не осталась в долгу. Она не станет оплачивать чек, сумма которого больше сделанного вклада.
Нет машины, из которой можно было бы извлечь больше работы, чем ей было сообщено в какой-бы то ни было форме. А на практике нельзя даже получить и величину затраченной работы. Какую бы мы силу ни затрачивали, природа возьмет известную пошлину, расходуя часть этой силы на преодолевание трения. Эта сила для нас потеряна, она является комиссией банкира. Таким образом, оказывается, что работоспособность машины всегда меньше сообщенной ей силы.
И в случае, когда человек, производя давление в 30 килограммов, заставляет машину поднять 18 тонн, мы можем быть уверены, что найдется компенсация, которая вместо кажущегося сказочного выигрыша в работе покажет нам, что эта работа соответствует вполне затраченной силе. Эта компенсация заключается в том, что путь, который проходит точка приложения силы, будет в 600 раз больше пути, проходимого грузом. Когда рабочий проходит со своей рукояткой насоса путь в 600 см, то груз в 18 тонн поднимется лишь на высоту 1 см. Следовательно, нужно 100 таких ударов насоса, чтобы поднять груз на высоту 1 м. И рабочий должен каждый раздавить с силой больше 30 килограммов, чтобы покрыть потерю на трение.
Достаточно взглянуть на рисунок, чтобы убедиться, что подобная компенсация необходима. Когда поршень в А понижает уровень воды ниже Н и этим заставляет воду в остальных пяти трубках подняться кверху, то при одинаковой ширине трубок высота поднятия воды во всех трубках может заполнить лишь пятую часть понижения в первой трубке. Если пять трубок в М соединены в одну, то и в этом случае должно быть это справедливым.
В М груз поднимается, таким образом, на одну пятую той высоты, на которую опустится поршень в L.