Т. Гидравлические приборы

Гидравлический пресс

Действие пресса основано на законе Паскаля. Гидравлический пресс представляет собой два сообщающихся сосуда, заполненных жидкостью (обычно техническим маслом) и закрытых поршнями различной площади S₁ и S₂ (рис. 1).

Рис. 1

Внешняя сила \(~\vec F_1\), действующая на малый поршень, создает давление \(~p_1 = \frac{F_1}{S_1}\) . По закону Паскаля оно передается жидкостью по всем направлениям без изменения. Поэтому со стороны жидкости на второй поршень действует сила

\(~F_2 = p_1S_2 = \frac{F_1}{S_1} S_2 \Rightarrow\) \(~\frac{F_2}{F_1} = \frac{S_2}{S_1}. \qquad (1)\)

Гидравлический пресс дает выигрыш в силе во столько раз, во сколько раз площадь большего поршня превышает площадь малого поршня.

Сила F₁ изменяет также потенциальную энергию жидкости в прессе. Но так как сила тяжести этой жидкости намного меньше силы F₁. мы считали жидкость невесомой. В связи с этим необходимо отметить, что в реальных условиях уравнение (1) выполняется лишь приближенно.

Выигрыша в работе пресс не дает. Действительно, при опускании малого поршня сила \(~\vec F_1\) совершает работу A₁ = F₁h₁, где h₁ — ход малого поршня. Часть жидкости из узкого цилиндра вытесняется в широкий, и большой поршень поднимается на h₂. Работа силы F₂

\(~A_2 = F_2S_2 \Rightarrow \frac{A_1}{A_2} = \frac{F_1}{F_2} \cdot \frac{h_1}{h_2}. \qquad (2)\)

Но жидкость несжимаема. Следовательно, объемы жидкостей, перешедших из одного цилиндра в другой, равны, т.е.

\(~h_1S_1 = h_2S_2 \Rightarrow \frac{h_1}{h_2} = \frac{S_2}{S_1}.\)

Подставим это уравнение и уравнение (1) в (2), получим A₁ = A₂.

Гидравлический пресс позволяет развивать колоссальные силы и используется для прессования изделий (из металла, пластмассы, из различных порошков), для продавливания отверстий в металлических листах, для испытания материалов на прочность, для поднятия тяжестей, для выжимания масла из семян на маслобойных заводах, для прессования фанеры, картона, сена. На металлургических заводах гидравлические прессы изпользуют при изготовлении стальных валов машин, железнодорожных колес и многих других изделий.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 94-95.