Hydraulik

Åh, nej! Jenny har fått punktering. Hon behöver lyfta upp bilen för att kunna byta däck. Hur kan hon lyfta något så tungt som en bil? Jenny är inte stark nog på egen hand – hon kan inte producera tillräckligt med kraft för att lyfta upp en bil.

Men som tur är har hon en domkraft, och med den kan hon lyfta bilen. Hur då? Domkraften använder en vätska för att förstärka kraften. Den använder ett hydrauliskt system. Vi tittar på hur det fungerar!

Först måste vi komma ihåg tre saker om vätskor och tryck. Ett: vätskor kan nästan inte tryckas ihop alls. Fyll en spruta med vatten. Täck öppningen med fingret och försök att trycka in sprutans kolv. Du kan känna trycket byggas upp i sprutan, men kolven rör sig inte.

Kolven rör sig bara när du tar bort fingret från öppningen så att vattnet kan rinna ut. Vätskors volym förändras inte under tryck – vi säger att vätskor är inkompressibla. Två: en kraft som verkar i en riktning skapar ett tryck i alla riktningar inuti vätskan. När du trycker in kolven på en full spruta, sprids trycket jämnt genom vätskan och mot sprutans väggar. Tryck i vätskor överförs lika mycket i alla riktningar.

Tre: tryck är lika med kraft dividerat med arean som kraften verkar på. Vad har det här för inverkan på Jennys hydrauliska domkraft? Domkraften har två cylindrar som är sammankopplade. Varje cylinder är fylld med vätska och innehåller en metallstav som kan röra sig upp och ner: en kolv. En av cylindrarna är mycket smalare än den andra.

När Jenny trycker ned handtaget på domkraften, trycker kolven i den smalare cylindern ner vätskan. Vätskan kan inte komprimeras, så den rör sig till den andra cylindern och trycker den bredare kolven uppåt. Trycket överförs lika mycket i alla riktningar. Eftersom de två cylindrarna är sammankopplade med varandra, kommer trycket i den bredare cylindern vara lika stort som trycket i den smalare cylindern. De två kolvarna har dock olika stor area, så kraften som verkar på varje kolv kommer skilja sig åt.

Hur stor skillnad blir det? Vi kan ta reda på det med hjälp av formeln för tryck! Kraften som Jenny använder på den lilla kolven är 200 newton. Den lilla kolvens area är 1 kvadratcentimeter. Trycket som hon skapar i vätskan är 200 newton dividerat med 1 kvadratcentimeter, vilket är 2 000 000 pascal Arean på den större kolven är 40 kvadratcentimeter.

Trycket som utövas på den stora kolven är också 2 000 000 pascal. Så kraften som utövas på den stora kolven är 2 000 000 pascal gånger 40 kvadratcentimeter, vilket är 8000 newton. På Jennys sida använder hon en kraft på 200 newton. På den andra sidan blir kraften 8000 newton. Kraften har mångdubblats!

När Jenny trycker ned handtaget ökar hon trycket i vätskan, vilket i sin tur ökar trycket på den större kolven som sakta lyfter upp bilen! Hydrauliska system liknande det i domkraften har många användningsområden: från maskiner som kranar och grävmaskiner, till bilbromsar och pariserhjul. Och det krävs inte ens så mycket ansträngning, vätskan gör jobbet åt mig!