Гідравліка

О ні! У Дженні спущене колесо. Їй потрібно буде підняти автомобіль, щоб замінити шину. Як їй підняти щось настільки важке, як автомобіль? Сама по собі Дженні це не здужає — їй не виробити достатньо сили — щоб підняти автомобіль. Але, на щастя, у неї є домкрат, яким вона може підняти автомобіль з легкістю. Домкрат використовує рідину для збільшення сили. Тобто гідравлічну систему. Розглянемо, як це працює! Спочатку потрібно згадати три речі про рідини і тиск. По-перше, рідини не можна стиснути, щоб вони займали менше місця. Наповни шприц водою. Закрий отвір пальцем і спробуй натиснути на поршень шприця. Ти можеш відчути підвищення тиску в шприці, але поршень залишається непорушним. Поршень зрушиться тільки тоді, коли ти прибереш палець від отвору, і вода зможе витекти. Під тиском об’єм рідини не змінюється — ми вважаємо, що рідини нестисливі. По-друге, сила, прикладена з одного боку створює однаковий тиск скрізь, по всій площині рідини. Коли ти натискаєш на поршень повного шприця, тиск рівномірно розподіляється у рідині і по стінках шприця. Тиск у рідинах передається однаково у всіх напрямках. По-третє, тиск дорівнює силі, поділеній на площу до якої прикладається сила. Отже, як ці властивості працюють у гідравлічному автомобільному домкраті? Домкрат складається з двох циліндрів, поєднаних між собою. Кожен циліндр заповнений рідиною і містить металеву частину, яка може рухатися вгору і вниз: поршень. Один з циліндрів набагато менший за розміром за інший. Коли Дженні натискає важіль на домкраті, поршень всередині меншого циліндра тисне на рідину в ньому. Рідину не вдається стиснути, тому вона рухається до іншого циліндра, і виштовхує більший поршень вгору. Тиск також рівномірно розподіляється по всій рідині. Отже, оскільки два циліндри поєднані, тиск у більшому циліндрі має бути рівним тиску в меншому циліндрі. Однак, циліндри і поршні мають різну площу поверхні, тому сила, що діє на кожен поршень, відмінна. Наскільки вона відрізняється? Скористаємося формулою тиску! Сила, яку Дженні прикладає до меншого поршня, становить 200 ньютонів. Площа малого поршня 0,1 м2 [метрів квадратних]. Тиск, який вона створила, дорівнює 200 ньютонів, поділених на 0,1 м2 [метрів квадратних] – 2000 паскалей. Площа більшого поршня становить 0.8 м2 [метрів квадратних]. Тиск, який чинили на великий поршень становить 2000 паскалей. Отже, сила, яка діє на площу великого поршня, дорівнює 2000 паскалей помножити на 0,8 м2 [метрів квадратних], що становить 1600 ньютонів. Зі свого боку Дженні застосувала силу у 200 ньютонів, яка перетворилася на 1600 ньютонів з іншого боку. Силу помножили! Кожен раз, коли Дженні тисне на важіль, вона підвищує тиск в рідині, що, у свою чергу, збільшує силу більшого поршня, який повільно піднімає машину! Гідравлічні системи, такі як в автомобільному домкраті, мають широке застосування: від машин, таких як крани та екскаватори, до автомобільних гальм і атракціонів - оглядових колес. А це не так і важко, рідина виконує всю важку роботу за мене!