У многих есть компьютерное или офисное кресло с возможностью изменения высоты сиденья. Конечно же, вы многократно изменяли высоту его сиденья с помощью рычажка, которое находится под ним. Знаете ли вы, как это работает? Если нет и вам это интересно – читайте эту статью. Я постараюсь вам популярно объяснить. Вам не потребуются даже школьные познания в физике, которые по идее у вас должны быть.
Давайте сначала рассмотрим работу газовой пружины (ГП). Я возьму рисунок ГП из русской Википедии.
В Википедии ГП называют также газлифтом. Я бы этого не стал делать. ГП вовсе не обязана что-то куда-то поднимать или опускать.
Если всё упростить до безобразия, то ГП представляет собой герметичный, заполненный газом (азот, воздух) цилиндр, в котором может перемещаться поршень на штоке. Давление газа может быть до 30 атмосфер. Это очень много, в шинах легкового автомобиля давление чуть больше двух атмосфер. Давление в 30 атмосфер будет в океане на глубине 300 метров. На такую глубину не каждая подводная лодка сможет опуститься. В поршне есть отверстие, через которое газ может перетекать из одной секции в другую. Возьмём площадь штока s=0,5 кв. см. Давление p в верхней и нижней секциях одинаковое, но сила давления на поршень снизу больше, чем сверху на F=(p-1)*s (на шток снизу давит газ под давлением p, а сверху только атмосфера Земли). Если эту силу не уравновесить такой же силой на сам шток, то поршень пойдёт вверх, пока его не остановит верхняя стенка цилиндра. Получилась газовая пружина, т.к. при давлении на шток с силой, большей чем F, поршень пойдёт вниз, шток будет заходить в камеру цилиндра, объём, занятый воздухом, будет уменьшаться, давление в камере будет возрастать. Жесткость такой пружины будет не очень большой, но она сильно возрастёт, если в поршне закрыть отверстие. Обе эти жесткости просто рассчитать, если вспомнить газовый закон Бойля-Мариотта из школьного курса физики. Не будем это делать, чтобы не пугать простых граждан.
Основная, рабочая часть газлифта офисного кресла и является такой газовой пружиной с клапаном на поршне. Клапан открывается, когда давят на кнопку вверху. Пусть на кресле никто не сидит, а поршень находится в самом верхнем положении (упирается во втулку 2). При давлении p в 30 атмосфер сила давления F на втулку будет около 15 кг. Если на кресло сядет ребёнок (вес меньше 15 кг), то ничего не произойдет. Если на кресло сядет взрослый, весом, скажем, 80 кг, то шток чуть-чуть опустится вниз, газлифт сработает как достаточно жесткая пружина. Давление под поршнем станет больше, чем над ним. Сиденье кресла вместе со штоком также немного (совсем незаметно) опустится вниз. Теперь пусть этот господин нажмет на рычаг под креслом и откроет клапан. Газ станет перетекать из нижней камеры в верхнюю и поршень станет опускаться вниз, т.к. разность давлений, которая до этого компенсировала вес человека, будет уменьшаться. Отверстие у клапана подобрано так, чтобы обеспечить небыстрый и комфортный для господина процесс. Когда господин решит, что высота кресла его устраивает, он отпустит рычаг и закроет клапан. Поршень чуть-чуть опустится вниз и перепад давления опять скомпенсирует вес господина. Мы снова имеем жесткую газовую пружину, только теперь поршень находится где-то посередине цилиндра. Если господин встанет с кресла, поршень поднимется на почти всё ту же малую величину, давление в камерах выровняется (но не станет одинаковым, т.к. необходимо компенсировать давление газа снизу на шток). Теперь если открыть клапан, давление на шток поднимет сиденье кресла до самой верхней позиции.