Скажите, приходилось ли вам когда-нибудь выдавливать пасту из тюбика? Или, может быть, вы видели, как на автосервисе домкрат поднимает тяжелую машину? Все эти устройства работают по одному и тому же принципу. И в основе этого принципа лежит закон, который открыл французский ученый Блез Паскаль.
Закон Паскаля гласит: жидкость передает давление, оказываемое на нее, во все стороны одинаково.
Он впервые описал эту идею в своем трактате «О равновесии жидкостей», который был издан уже после его смерти, в 1663 году .
Паскаль писал, что если один человек нажмет на маленький поршень, он уравновесит силу ста человек, нажимающих на большой поршень. Но тогда это была чистая теория — построить работающую машину по этой схеме долго не получалось.
Первый практический гидравлический пресс, который действительно заработал и нашел применение в промышленности, изобрел английский инженер Джозеф Брама .
· Когда: Он получил патент на свое изобретение в 1795 году .
· Почему это получилось только у него: Главная проблема была в том, что при высоком давлении вода начинала просачиваться между поршнем и стенками цилиндра. Брама придумал специальное уплотнение — кожаный «воротник», который под давлением жидкости прижимался еще плотнее и не пропускал воду. Это и стало ключом к успеху.
Как устроен гидравлический пресс?
Представьте себе две сообщающиеся трубки (или цилиндра), которые соединены между собой. Но есть хитрость: площади отверстий у этих трубок разные. Одна — узенькая, а вторая — широкая.
Внутри находится жидкость (обычно специальное масло) и два поршня, которые закрывают эти отверстия.
1. Малый поршень (площадь S₁). Мы прикладываем здесь небольшую силу (F₁). Нажимаем на рычаг или рукой.
2. Большой поршень (площадь S₂). Здесь у нас лежит груз, который нужно поднять — например, автомобиль.
В чем секрет?
А секрет в том, что давление, которое мы создаем под малым поршнем, передается жидкостью без потерь к большому поршню.
Давление (P) вычисляется как сила, деленная на площадь: P = F / S
Так как давление под обоими поршнями одинаковое (по закону Паскаля), мы можем записать простое равенство:
F₁ / S₁ = F₂ / S₂
А теперь самое интересное! Из этого равенства следует, что:
F₂ / F₁ = S₂ / S₁
Это значит, что сила на большом поршне во столько же раз больше силы на малом, во сколько раз площадь большого поршня больше площади малого.
Простой пример
Допустим, площадь малого поршня — 1 см², а площадь большого — 100 см².
Если мы нажмем на малый поршень с силой в 10 кг, то большой поршень сможет поднять груз весом уже в 1000 кг (1 тонну)!
Нажав пальцем с усилием в 10 килограммов, мы поднимаем автомобиль.
Где это применяется?
· Домкраты (поднять машину).
· Тормозная система автомобиля (вы слегка давите на педаль, а тормозные колодки с огромной силой сжимают диски колес).
· Промышленные прессы (которые штампуют детали для машин или спрессовывают мусор).
· Стоматологическое кресло (поднимает пациента).
Гидравлический пресс — это простейшая машина, которая позволяет маленькой силой уравновесить огромную силу. Запомните: выигрываем в силе — проигрываем в расстоянии. Чтобы поднять груз на 1 сантиметр, малый поршень придется опустить на 100 сантиметров. Но это уже совсем другая история.