Inżynierskie zastosowanie prawa Pascala. Pytanie. Prasy hydrauliczne, zasada działania i schemat budowy. Prawo Pascala i jego zastosowanie. Prasa hydrauliczna

Uwaga! Administracja serwisu nie ponosi odpowiedzialności za treść rozwoju metodologicznego, a także za zgodność z rozwojem Federalnego Państwowego Standardu Edukacyjnego.

• Uczestnik: Kolesnikow Maksim Igorevich
• Kierownik: Szczerbinina Galina Gennadievna

Wstęp

Prawo Pascala stało się znane w roku 1663. To właśnie to odkrycie stało się podstawą do stworzenia superprasów o ciśnieniu ponad 750 000 kPa, z napędem hydraulicznym, co z kolei doprowadziło do powstania automatyki hydraulicznej sterującej nowoczesnymi odrzutowcami, statki kosmiczne, maszyny sterowane numerycznie, mocne wywrotki, kombajny górnicze, prasy, koparki... Zatem prawo Pascala znalazło ogromne zastosowanie w współczesny świat. Wszystkie te mechanizmy są jednak dość skomplikowane i uciążliwe, dlatego chciałem stworzyć urządzenia w oparciu o prawo Pascala, aby przekonać siebie i swoich kolegów, z których wielu uważa, że ​​głupio jest tracić czas na „starożytność”, gdy jesteśmy otoczeni przez nowoczesne urządzenia, że ​​temat ten jest nadal interesujący i aktualny. Ponadto stworzone przez siebie urządzenia z reguły budzą zainteresowanie, zmuszają do myślenia, fantazjowania, a nawet patrzenia na odkrycia „głębokiej starożytności” innymi oczami.

Obiekt Moje badania dotyczą prawa Pascala.

Cel pracy: eksperymentalne potwierdzenie prawa Pascala.

Hipoteza: znajomość prawa Pascala może być przydatna przy projektowaniu sprzętu budowlanego.

Praktyczne znaczenie pracy: Moja praca przedstawia eksperymenty do demonstracji na lekcjach fizyki w 7 klasie szkoły średniej. Opracowane eksperymenty można zademonstrować zarówno na zajęciach, podczas studiowania zjawisk (mam nadzieję, że pomoże to w kształtowaniu pewnych koncepcji na studiach z fizyki), jak i jako pracę domową dla uczniów.

Proponowane instalacje są uniwersalne, jedna instalacja pozwala na wykonanie kilku eksperymentów.

Rozdział 1. Cała nasza godność tkwi w zdolności myślenia

Blaise Pascal (1623-1662) – francuski matematyk, mechanik, fizyk, pisarz i filozof. Klasyk literatury francuskiej, jeden z założycieli analiza matematyczna, teoria prawdopodobieństwa i geometria rzutowa, twórca pierwszych przykładów techniki obliczeniowej, autor podstawowych praw hydrostatyki. Pascal wszedł do historii fizyki ustanawiając podstawowe prawo hydrostatyki i potwierdzając założenie Toricelliego o istnieniu ciśnienia atmosferycznego. Jednostka ciśnienia w układzie SI została nazwana na cześć Pascala. Prawo Pascala stwierdza, że ​​ciśnienie wywierane na ciecz lub gaz przenosi się do dowolnego punktu bez zmiany we wszystkich kierunkach. Nawet słynne prawo Archimedesa specjalny przypadek Prawo Pascala.

Prawo Pascala można wyjaśnić wykorzystując właściwości cieczy i gazów, a mianowicie: cząsteczki cieczy i gazu uderzając w ścianki pojemnika, wytwarzają ciśnienie. Ciśnienie wzrasta (maleje) wraz ze wzrostem (spadkiem) stężenia cząsteczek.

Istnieje powszechny problem, który można wykorzystać do zrozumienia działania prawa Pascala: po wystrzale z karabinu w gotowanym jajku powstaje dziura, ponieważ ciśnienie w tym jajku przenoszone jest tylko w kierunku jego ruchu. Surowe jajko rozpada się na kawałki, ponieważ ciśnienie pocisku w cieczy, zgodnie z prawem Pascala, przenosi się jednakowo we wszystkich kierunkach.

Swoją drogą wiadomo, że sam Pascal, korzystając z prawa, które odkrył w trakcie swoich eksperymentów, wynalazł strzykawkę i prasę hydrauliczną.

Praktyczne znaczenie prawa Pascala

Działanie wielu mechanizmów opiera się na prawie Pascala; inaczej, takie właściwości gazu, jak ściśliwość i zdolność do przenoszenia ciśnienia we wszystkich kierunkach jednakowo znalazły szerokie zastosowanie w projektowaniu różnych urządzenia techniczne.

1. W ten sposób sprężone powietrze jest wykorzystywane w łodzi podwodnej do podnoszenia go z głębokości. Podczas nurkowania specjalne zbiorniki wewnątrz łodzi podwodnej napełniane są wodą. Ciężar łodzi wzrasta i tonie. Aby podnieść łódź, do tych zbiorników wpompowuje się sprężone powietrze, które wypiera wodę. Masa łodzi maleje i łódź unosi się.

Ryc.1. Okręt podwodny jest na powierzchni: główne zbiorniki balastowe (CBT) nie są napełnione

Ryc.2. Okręt podwodny w pozycji zanurzonej: Szpital Central City został napełniony wodą

1. Urządzenia wykorzystujące sprężone powietrze nazywane są pneumatycznymi. Należą do nich na przykład młot pneumatyczny, który służy do kruszenia asfaltu, spulchniania zamarzniętej gleby i kruszenia skał. Pod wpływem sprężonego powietrza szczyt młota pneumatycznego wykonuje 1000-1500 uderzeń na minutę o dużej sile niszczącej.

1. W produkcji do kucia i obróbki metali wykorzystuje się młot pneumatyczny i prasę pneumatyczną.

1. W ciężarówkach i transport kolejowy Stosowany jest hamulec pneumatyczny. W wagonach metra drzwi otwiera się i zamyka za pomocą sprężonego powietrza. Zastosowanie układów powietrznych w transporcie wynika z faktu, że nawet jeśli z układu wycieknie powietrze, to w wyniku pracy sprężarki zostanie ono uzupełnione i układ będzie działał prawidłowo.
2. Działanie koparki opiera się również na prawie Pascala, gdzie do napędzania wysięgników i łyżki wykorzystywane są cylindry hydrauliczne.

Rozdział 2. Duszą nauki jest praktyczne zastosowanie jej odkryć

Eksperyment 1 (wideo, sposób modelowania zasady działania tego urządzenia na prezentacji)

Działanie prawa Pascala można zaobserwować w działaniu laboratoryjnej prasy hydraulicznej, składającej się z dwóch połączonych cylindrów lewego i prawego, równomiernie wypełnionych cieczą (wodą). Korki (ciężarki) wskazujące poziom płynu w tych cylindrach są podświetlone na czarno.

Ryż. 3 Schemat prasy hydraulicznej

Ryż. 4. Zastosowanie prasy hydraulicznej

Co się tutaj wydarzyło? Wcisnęliśmy korek w lewym cylindrze, co wypchnęło płyn z tego cylindra w stronę prawego cylindra, w wyniku czego korek w prawym cylindrze podnosząc się pod ciśnieniem płynu od dołu. W ten sposób ciśnienie przenoszone przez płyn.

Ten sam eksperyment, tylko w nieco innej formie, przeprowadziłem w domu: demonstracja eksperymentu z dwoma połączonymi ze sobą cylindrami - połączonymi ze sobą strzykawkami medycznymi i wypełnionymi cieczą-wodą.

Budowę i zasadę działania prasy hydraulicznej opisano w podręczniku dla klasy VII dla szkół ponadgimnazjalnych,

Eksperyment 2 (wideo, wykorzystujące metodę modelowania w celu zademonstrowania montażu tego urządzenia podczas prezentacji)

Rozwijając poprzednie doświadczenie, aby zademonstrować prawo Pascala, złożyłem także model drewnianej minikoparki, której podstawą są cylindry tłokowe wypełnione wodą. Co ciekawe, jako tłoki podnoszące i opuszczające wysięgnik oraz łyżkę koparki, dla potwierdzenia jego prawa użyłem strzykawek medycznych wynalezionych przez samego Blaise'a Pascala.

Tak więc system składa się ze zwykłych strzykawek medycznych o pojemności 20 ml (funkcja dźwigni sterujących) i tych samych strzykawek o pojemności 5 ml (funkcja tłoków). Napełniłem te strzykawki płynem - wodą. Do połączenia strzykawek zastosowano system kroplomierza (zapewnia szczelność).

Aby ten układ zadziałał, wciskamy dźwignię w jednym miejscu, ciśnienie wody przekazywane jest na tłok, na korek, korek podnosi się - koparka zaczyna się poruszać, wysięgnik koparki i łyżka są opuszczane i podnoszone.

Eksperyment ten można zademonstrować, odpowiadając na pytanie po § 36, strona 87 podręcznika A.V. Peryszkina dla 7. klasy: „Jakie doświadczenie można wykorzystać, aby wykazać osobliwość przenoszenia ciśnienia przez ciecze i gazy?” Eksperyment jest również interesujący z punktu widzenia dostępności użytych materiałów I praktyczne zastosowanie Prawo Pascala.

Doświadczenie 3 (wideo)

Przymocujmy wydrążoną kulkę (pipetę) z wieloma małymi otworami do rurki z tłokiem (strzykawką).

Napełnij balon wodą i naciśnij tłok. Ciśnienie w rurze wzrośnie, woda zacznie wylewać się przez wszystkie otwory, a ciśnienie wody we wszystkich strumieniach wody będzie takie samo.

Ten sam rezultat można uzyskać, jeśli zamiast wody użyjesz dymu.

Eksperyment ten jest klasyczną demonstracją prawa Pascala, jednak wykorzystanie materiałów dostępnych każdemu uczniowi czyni go szczególnie skutecznym i zapadającym w pamięć.

Podobne doświadczenie opisano i skomentowano w podręczniku dla 7. klasy szkoły średniej, pt.

Wniosek

Przygotowując się do konkursu:

• przestudiowałem materiał teoretyczny na wybrany przeze mnie temat;
• stworzony domowe urządzenia i przeprowadził eksperymentalny test prawa Pascala na modelach: modelu prasy hydraulicznej, modelu koparki.

Wnioski

Prawo Pascala, odkryte w XVII wieku, jest aktualne i szeroko stosowane w naszych czasach przy projektowaniu urządzeń technicznych i mechanizmów ułatwiających pracę człowieka.

Mam nadzieję, że zebrane przeze mnie instalacje zainteresują moich znajomych i kolegów z klasy oraz pomogą mi lepiej zrozumieć prawa fizyki.

2.5.2. Najprostsze maszyny hydrauliczne.

Prasa hydrauliczna. Rysownik

2.5.1. Przyrządy do pomiaru ciśnienia

Piezometry. Zanurzmy rurki szklane otwarte na obu końcach w „absolutnie” spoczynkowej cieczy, tak aby dolne końce pokrywało się z punktami i (ryc. 2.11). W obu rurkach z otwartymi końcami ciecz podniesie się do tej samej wysokości, która będzie leżeć na płaszczyźnie wody względem płaszczyzny odniesienia. Wysokość ta jest równa wysokości całkowitej wysokości hydrostatycznej, mierzonej nie ciśnieniem bezwzględnym, ale nadciśnieniem.

Ryc.2.11. Prawo rozkładu ciśnień

w „absolutnie” stacjonarnym płynie

Takie rurki otwarte na obu końcach, przeznaczone do pomiaru ciśnienia, a dokładniej wysokości piezometrycznej, nazywane są piezometrami lub rurkami piezometrycznymi.

Piezometry nadają się do pomiaru stosunkowo niskich ciśnień, ponieważ... już z wodą w rurze wzniósłby się na wysokość 10 m, a olej mineralny o masie względnej 0,8 wzrósłby do 12,5 m.

Manometry różnicowe. Do pomiaru różnicy ciśnień w dwóch punktach stosuje się manometry różnicowe, z których najprostszym jest manometr kształtowy (ryc. 2.12).

Ryż. 2.12. Manometr różnicowy

Manometry różnicowe mogą mierzyć zarówno nadmiar (ryc. 2.11, A) i podciśnienie (ryc. 2.11, B). Jeżeli za pomocą takiego manometru, zwykle wypełnionego rtęcią, zmierzy się różnicę ciśnień i gęstości cieczy całkowicie wypełniającej rurki łączące, to

Do pomiaru małych ciśnień gazu zamiast rtęci stosuje się alkohol, naftę, wodę itp.

Piezometry i manometry różnicowe służą do pomiaru ciśnienia nie tylko płynu w stanie spoczynku, ale także przepływu.

Do pomiaru ciśnień większych niż 0,2-0,3 stosuje się manometry mechaniczne - sprężynowe lub membranowe. Zasada ich działania opiera się na odkształceniu pustej w środku sprężyny lub membrany pod wpływem mierzonego ciśnienia. Za pośrednictwem mechanizmu odkształcenie to przekazywane jest na strzałkę, która pokazuje wielkość ciśnienia mierzonego na tarczy.

Oprócz manometrów mechanicznych stosuje się manometry elektryczne. Membrana służy jako czuły element (czujnik) w elektromanometrze. Pod wpływem mierzonego ciśnienia membrana ulega odkształceniu i poprzez mechanizm przekładni przesuwa suwak potencjometru, który wraz ze wskazówką wchodzi w obwód elektryczny.

Stosunek jednostki ciśnienia:

1Na = 1kgf/cm 2 =10 m woda ul. = 736,6 mm Hg. Sztuka. = 98066,5 Rocznie 10 5 Rocznie.

1 kPa = 10 3 Rocznie; 1 MPa = 10 6 Rocznie.

Przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym (0,1033 MPa) wysokość wynosi 10,33 m dla wody, 13,8 m dla benzyny (= 750 kg/m3), 0,760 m dla rtęci itp.

2.5.2. Najprostsze maszyny hydrauliczne. Prasa hydrauliczna. Rysownik

Prasa hydrauliczna. Prasa wykorzystywana jest w technologii do wytwarzania dużych sił ściskających, które są niezbędne w technologii przy obróbce metali metodą ciśnienia, tłoczenia, tłoczenia, brykietowania, badania różnych materiałów itp.

Prasa składa się z połączonych cylindrów z tłokami, połączonych ze sobą rurociągiem (ryc. 2.13).

Ryż. 2.13. Schemat prasy hydraulicznej

Jedno z naczyń ma powierzchnię mniejszą niż powierzchnia drugiego naczynia. Jeżeli na tłok w naczyniu 1 zostanie przyłożona siła, wówczas pod nim wytworzy się ciśnienie hydrostatyczne określone wzorem.

Zgodnie z prawem Pascala ciśnienie jest przenoszone na wszystkie punkty płynu, łącznie z obszarem. Tworzy siłę

Wyrażając się, otrzymujemy

Zatem siła jest tyle razy większa od siły działającej na tłok w małym przekroju, ile powierzchnia jest większa od powierzchni.

Siła wytwarzana jest najczęściej za pomocą pompy tłokowej, która dostarcza ciecz (olej, emulsję) do komory prasy. Siła może docisnąć produkt znajdujący się pomiędzy tłokiem a platformą stacjonarną. Praktycznie rozwinięta siła jest mniejsza niż siła wynikająca z tarcia pomiędzy tłokami i cylindrami. Spadek ten jest uwzględniany przez wydajność prasy. Nowoczesne prasy hydrauliczne rozwijają siły do ​​100 000 ton i więcej.

Definicja

Prasa hydrauliczna to maszyna działająca w oparciu o prawa ruchu i równowagi płynów.

Prawo Pascala leży u podstaw zasady działania prasy hydraulicznej. Nazwa tego urządzenia pochodzi od greckiego słowa hydraulika – woda. Prasa hydrauliczna to maszyna hydrauliczna służąca do prasowania (wyciskania). Prasę hydrauliczną stosuje się tam, gdzie potrzebna jest większa siła, np. przy wyciskaniu oleju z nasion. Stosując nowoczesne prasy hydrauliczne, można osiągnąć siły do ​​(10)^8$niutonów.

Podstawą maszyny hydraulicznej są dwa cylindry o różnych promieniach z tłokami (rys. 1), które są połączone rurą. Przestrzeń w cylindrach pod tłokami jest zwykle wypełniona olejem mineralnym.

Aby zrozumieć zasadę działania maszyny hydraulicznej należy pamiętać czym są naczynia połączone i jakie jest znaczenie prawa Pascala.

Statki komunikacyjne

Naczynia połączone to naczynia połączone ze sobą, w których ciecz może swobodnie przepływać z jednego naczynia do drugiego. Kształt naczyń połączonych może być inny. W naczyniach połączonych ciecz o tej samej gęstości ustala się na tym samym poziomie, jeśli ciśnienie jest wyższe wolne powierzchnie płyny są takie same.

Z ryc. 1 widzimy, że konstrukcyjnie maszyna hydrauliczna składa się z dwóch połączonych naczyń o różnych promieniach. Jeśli na tłoki nie działają żadne siły, wysokości słupów cieczy w cylindrach będą takie same.

Prawo Pascala

Prawo Pascala mówi nam, że ciśnienie wywierane przez siły zewnętrzne na płyn jest na niego przekazywane bez zmiany wszystkich jego punktów. Działanie wielu urządzeń hydraulicznych opiera się na prawie Pascala: prasy, układy hamulcowe, napędy hydrauliczne, wspomagacze hydrauliczne itp.

Zasada działania prasy hydraulicznej

Jednym z najprostszych i najstarszych urządzeń opartych na prawie Pascala jest prasa hydrauliczna, w której na tłok przykładana jest niewielka siła $F_1$ mały obszar$S_1$, jest konwertowane na dużą siłę $F_2$, która działa na dużym obszarze $S_2$.

Ciśnienie wytwarzane przez tłok numer jeden wynosi:

Ciśnienie drugiego tłoka na ciecz wynosi:

Jeżeli tłoki są w równowadze, to ciśnienia $p_1$ i $p_2$ są sobie równe, zatem możemy przyrównać prawe strony wyrażeń (1) i (2):

\[\frac(F_1)(S_1)=\frac(F_2)(S_2)\lewo(3\prawo).\]

Ustalmy, jaki będzie moduł siły przyłożonej do pierwszego tłoka:

Ze wzoru (4) widzimy, że wartość $F_1$ jest większa od modułu siły $F_2$ o $\frac(S_1)(S_2)$ razy.

I tak za pomocą prasy hydraulicznej można zrównoważyć znacznie większą siłę małą siłą. Stosunek $\frac(F_1)(F_2)$ pokazuje przyrost siły.

Tak działa prasa. Korpus, który należy skompresować, umieszczony jest na platformie opartej na dużym tłoku. Za pomocą małego tłoczka tworzą wysokie ciśnienie krwi do płynu. Duży tłok wraz ze ściśniętym korpusem unosi się, opiera się o umieszczoną nad nimi nieruchomą platformę, korpus jest ściskany.

Z małego cylindra do dużego, ciecz jest pompowana poprzez wielokrotny ruch tłoka o małej powierzchni. Robią to w następujący sposób. Mały tłoczek podnosi się, zawór otwiera się, a ciecz zostaje zassana do przestrzeni pod małym tłokiem. Kiedy mały tłok obniża ciecz, wywierając nacisk na zawór, zamyka się, co otwiera zawór, co umożliwia przepływ cieczy do dużego naczynia.

Przykłady problemów z rozwiązaniami

Przykład 1

Ćwiczenia. Jaki będzie przyrost siły w prasie hydraulicznej, jeżeli działając na mały tłok (powierzchnia $S_1=10\ (cm)^2$) siłą $F_1=800$ N, siła uzyskana na dużym tłoku ($S_2=1000 \ (cm)^2$) równe $F_2=72000\ $ N?

Jaki przyrost siły osiągnęłaby ta prasa, gdyby nie było sił tarcia?

Rozwiązanie. Wzmocnienie siły to stosunek modułów siły otrzymanej do przyłożonej:

\[\frac(F_2)(F_1)=\frac(72000)(800)=90.\]

Korzystając ze wzoru otrzymanego dla prasy hydraulicznej:

\[\frac(F_1)(S_1)=\frac(F_2)(S_2)\lewo(1.1\prawo),\]

Znajdźmy przyrost siły przy braku sił tarcia:

\[\frac(F_2)(F_1)=\frac(S_2)(S_1)=\frac(1000)(10)=100.\]

Odpowiedź. Przyrost wytrzymałości w prasie w obecności sił tarcia jest równy $\frac(F_2)(F_1)=90.$ Bez tarcia byłby równy $\frac(F_2)(F_1)=100.$

Przykład 2

Ćwiczenia. Korzystanie z hydrauliki mechanizm podnoszący, powinieneś podnieść ładunek o masie $m$. Ile razy ($k$) należy opuścić mały tłoczek w czasie $t$, jeżeli jednocześnie obniży się on o odległość $l$? Stosunek pól tłoków podnoszących jest równy: $\frac(S_1)(S_2)=\frac(1)(n)$ ($n>1$). Sprawność maszyny wynosi $\eta $, gdy moc jej silnika wynosi $N$.

Rozwiązanie. Schemat ideowy Działanie podnośnika hydraulicznego pokazano na rys. 2, przypomina ono działanie prasy hydraulicznej.

Jako podstawę do rozwiązania zadania używamy wyrażenia łączącego moc i pracę, ale jednocześnie bierzemy pod uwagę wydajność windy, wówczas moc jest równa:

Praca jest wykonywana w celu podniesienia ładunku, co oznacza, że ​​obliczymy ją jako zmianę energii potencjalnej ładunku; rozważymy energię ładunku w punkcie, w którym zaczyna się on podnosić ($E_(p1 )$=0) aby mieć zerową energię potencjalną, mamy:

gdzie $h$ jest wysokością, na którą podniesiono ładunek. Przyrównując prawe strony wzorów (2.1) i (2.2) znajdujemy wysokość, na jaką został podniesiony ładunek:

\[\eta Nt=mgh\to h=\frac(\eta Nt)(mg)\left(2.3\right).\]

Obliczamy pracę wykonaną przez siłę $F_0$ podczas przesuwania małego tłoka jako:

\[A_1=F_0l\ \lewo(2.4\prawo),\]

Praca wykonana przez siłę, która przesuwa duży tłok do góry (ściskając hipotetyczny korpus) jest równa:

\[A_2=FL\ .\] \[A_1=A_2\to F_0l=FL\] \[\frac(F_0)(F)=\frac(L)(l)=\frac(S_1)(S_2)\ lewo(2,5\prawo),\]

gdzie $L$ jest odległością, na jaką duży tłok porusza się w jednym skoku. Z (2.5) mamy:

\[\frac(S_1)(S_2)=\frac(L)(l)\to L=\frac(S_1)(S_2)l\ \left(2.6\right).\]

Aby obliczyć liczbę skoków tłoka (ile razy opuści się mały tłok lub podniesie się duży), wysokość obciążenia należy podzielić przez odległość, na jaką porusza się duży tłok w jednym skoku:

Odpowiedź.$k=\frac(\eta Ntn)(mgl)$

Klasa 7 Lekcja nr 41 Data

Temat: Prawo Pascala. Prasa hydrauliczna.

Typ lekcji: Lekcja dotycząca uczenia się nowego materiału.

Cele i zadania lekcji:

· Cel edukacyjny - wprowadzić prawo Pascala , poszerzyć i pogłębić wiedzę uczniów na temat „Ciśnienie”, omówić różnicę między ciałami stałymi, cieczami i gazami; wprowadzić nowe pojęcie „Prasa hydrauliczna”, pomóc uczniom zrozumieć praktyczne znaczenie i użyteczność zdobytej wiedzy i umiejętności.

· Cel rozwojowy – tworzyć warunki dla rozwoju umiejętności badawczych i twórczych; umiejętności komunikacji i współpracy.

· Cel edukacyjny – przyczynić się do zaszczepienia kultury pracy umysłowej, stworzyć warunki do zwiększenia zainteresowania studiowanym materiałem.

Sprzęt:

· prezentacja, klipy wideo

karty z indywidualnymi zadaniami

Postęp lekcji.

1. Org. moment.

Przygotowanie uczniów do pracy na zajęciach. Przyjęcie „Uśmiech”

2. Motywacja i wyznaczanie celów i zadań lekcji.

Pokaz slajdu ze zdjęciami. Cele naszej lekcji są następujące:

Dzisiaj na zajęciach będziemy studiować jedno z najważniejszych praw natury, prawo Pascala. Cel naszej lekcji: poznanie prawa, a także nauczenie się wyjaśniania szeregu zjawisk fizycznych za pomocą prawa Pascala. Zobacz stosowanie prawa w praktyce.

Przestudiować fizyczne podstawy konstrukcji i działania maszyny hydraulicznej;

Podaj pojęcie prasy hydraulicznej i pokaż jej praktyczne zastosowanie.

3. Przestudiuj nowy temat

Wszystkie ciała składają się z cząsteczek i atomów. Badaliśmy trzy różne stany skupienia materii i ze względu na budowę różnią się one właściwościami. Dzisiaj zapoznamy się z wpływem ciśnienia na substancje stałe, ciekłe i gazowe. Spójrzmy na przykłady:

Wbijamy gwóźdź w deskę młotkiem. Co widzimy? W jakim kierunku działa ciśnienie?

(Pod naciskiem młotka gwóźdź wchodzi w deskę. W kierunku działania siły. Deska i gwóźdź stanowią integralne ciała stałe.)

Weźmy piasek. Jest to stała, ziarnista substancja. Napełnij rurkę z tłokiem piaskiem. Jeden koniec rurki pokryty jest gumową folią. Naciskamy na tłok i obserwujemy.

(Piasek naciska na ścianki folii nie tylko w kierunku działania siły, ale także na boki.)

Zobaczmy teraz, jak zachowuje się ciecz. Napełnijmy rurkę płynem. Naciskamy na tłok, obserwujemy i porównujemy z wynikami poprzedniego eksperymentu.

(Film ma kształt kuli, cząsteczki cieczy dociskają się jednakowo w różnych kierunkach.)

Spójrzmy na przykład gazu. Napompujmy piłkę.

(Ciśnienie jest przenoszone równomiernie przez cząsteczki powietrza we wszystkich kierunkach.)

Zbadaliśmy wpływ ciśnienia na substancje masowe stałe, ciekłe i gazowe. Jakie podobieństwa zauważyłeś?

(W przypadku cieczy i gazów ciśnienie działa jednakowo w różnych kierunkach, co jest konsekwencją losowego ruchu ogromnej liczby cząsteczek. W przypadku stałych substancji sypkich ciśnienie działa w kierunku siły i na boki.)

Wyjaśnijmy bardziej szczegółowo proces przenoszenia ciśnienia przez ciecze i gazy.

Wyobraź sobie, że rurka z tłokiem jest wypełniona powietrzem (gazem). Cząsteczki gazu są równomiernie rozmieszczone w całej objętości. Naciskamy na tłok. Cząsteczki znajdujące się pod tłokiem ulegają zagęszczeniu. Dzięki swojej mobilności cząsteczki gazu będą poruszać się we wszystkich kierunkach, w wyniku czego ich układ ponownie stanie się jednolity, ale bardziej gęsty. Dlatego wszędzie wzrasta ciśnienie gazu. Oznacza to, że ciśnienie jest przenoszone na wszystkie cząsteczki gazu.

Zróbmy doświadczenie z piłką Pascala. Weźmy pustą kulę mającą w różnych miejscach wąskie dziury i połączyć go z rurką z tłokiem.

Jeśli napełnisz rurkę wodą i naciśniesz tłok, woda wypłynie ze wszystkich otworów w kuli w postaci strumieni. (Dzieci wyrażają swoje domysły.)

Sformułujmy wniosek ogólny.

Tłok naciska na powierzchnię wody w rurze. Cząsteczki wody znajdujące się pod tłokiem, skraplając się, przenoszą swoje ciśnienie na inne, położone głębiej warstwy. W ten sposób ciśnienie tłoka przenoszone jest na każdy punkt cieczy wypełniającej kulkę. W rezultacie część wody jest wypychana z kuli w postaci strumieni wypływających ze wszystkich otworów.

Ciśnienie wywierane na ciecz lub gaz jest przenoszone bez zmiany na każdy punkt objętości cieczy lub gazu. To stwierdzenie nazywa się prawem Pascala.

4. Konsolidacja: odpowiedz na pytania

1. Jeśli wystrzelisz z wiatrówki jajko na twardo, kula zrobi w nim jedynie dziurę przelotową, reszta pozostanie nienaruszona. Ale jeśli strzelisz surowe jajko, wtedy rozpadnie się na kawałki. (Podczas strzelania do gotowanego jajka kula przebija ciało stałe, więc przebija w kierunku lotu, ponieważ ciśnienie jest przenoszone w tym kierunku.)

2. Dlaczego eksplozja muszli pod wodą jest destrukcyjna dla organizmów żyjących w wodzie? (Ciśnienie eksplozji cieczy, zgodnie z prawem Pascala, jest przenoszone równomiernie we wszystkich kierunkach i zwierzęta mogą z tego powodu umrzeć)

3. Zły dżin, znajdujący się w stanie gazowym w zakorkowanej butelce, wywiera silny nacisk na jej ścianki, dno i korek. Dlaczego dżin kopie na wszystkie strony, skoro w stanie gazowym nie ma rąk ani nóg? Jakie prawo mu na to pozwala? (cząsteczki, prawo Pascala)

4. Dla astronautów żywność przygotowywana jest w postaci półpłynnej i umieszczana w tubach o elastycznych ściankach. Co pomaga astronautom wyciskać jedzenie z tubek?

(Prawo Pascala)

5. Spróbuj wyjaśnić proces wytwarzania naczyń szklanych, gdy do kropli roztopionego szkła wdmuchuje się powietrze?

(Zgodnie z prawem Pascala ciśnienie wewnątrz gazu będzie przenoszone równomiernie we wszystkich kierunkach, a płynne szkło nadmucha się jak balon.)

Zastosowanie prawa Pascala w praktyce

Motywacja do studiowania tego tematu: „Prasa hydrauliczna”

Zapewne zaobserwowałeś taką sytuację: przebita jest opona, kierowca za pomocą urządzenia bez problemu podnosi samochód i wymienia uszkodzone koło, mimo że auto waży ok. 1,5 tony.

Odpowiedzmy sobie wspólnie na pytanie: dlaczego jest to możliwe?

Używa podnośnika. Podnośnik jest maszyną hydrauliczną.

Mechanizmy działające za pomocą jakiegoś płynu nazywane są hydraulicznymi (gr. „gidor” – woda, ciecz).

Prasa hydrauliczna to maszyna do obróbki materiałów pod ciśnieniem, napędzana sprężoną cieczą.

odpowiedz na pytania.

v Czy cylindry i tłoki są takie same? Czym się różnią?

v Co to znaczy: każdy tłok robi swoje?

v Na jakim prawie opiera się działanie prasy hydraulicznej?

Konstrukcja prasy hydraulicznej opiera się na prawie Pascala. Dwa połączone naczynia napełnia się jednorodną cieczą i zamyka dwoma tłokami, których obszary to S1 i S2 (S2 > S1). Zgodnie z prawem Pascala w obu cylindrach mamy równe ciśnienie: p1=p2.

p1=F1/S1, P2=F2/S2, F1/S1= F2/S2, F1 S2=F2 S1

Kiedy działa prasa hydrauliczna, powstaje przyrost siły równy stosunkowi powierzchni większego tłoka do powierzchni mniejszego.

F1/ F2 = S1/ S2.

Zasada działania prasy hydraulicznej.

Wytłoczony korpus umieszczany jest na platformie połączonej z dużym tłokiem. Mały tłok wytwarza duże ciśnienie na cieczy. Ciśnienie to jest przenoszone bez zmian do każdego punktu cieczy wypełniającej cylindry. Dlatego to samo ciśnienie działa na większy tłok. Ale ponieważ jego powierzchnia jest większa, siła działająca na niego będzie większa niż siła działająca na mały tłok. Pod wpływem tej siły większy tłok uniesie się. Kiedy tłok podnosi się, korpus opiera się o nieruchomą górną platformę i jest ściskany. Manometr, który mierzy ciśnienie cieczy, jest zaworem bezpieczeństwa, który otwiera się automatycznie, gdy ciśnienie przekroczy dopuszczalną wartość. Z małego cylindra do dużego, ciecz jest pompowana poprzez powtarzające się ruchy małego tłoka.

Prasy hydrauliczne stosowane tam, gdzie wymagana jest większa siła. Np. do wyciskania oleju z nasion w olejarniach, do tłoczenia sklejki, tektury, siana. W zakładach metalurgicznych prasy hydrauliczne wykorzystywane są do produkcji stalowych wałów maszynowych, kół kolejowych i wielu innych wyrobów. Nowoczesne prasy hydrauliczne mogą wytwarzać setki milionów niutonów siły.

Miliony samochodów są wyposażone w hamulce hydrauliczne. Dziesiątki i setki tysięcy koparek, spycharek, dźwigów, ładowarek i podnośników wyposażonych jest w napęd hydrauliczny.

Używany w ogromnych ilościach podnośniki hydrauliczne oraz prasy hydrauliczne do różnych celów – od wciskania opon na zestawy kół wagonów po podnoszenie kratownic mostów zwodzonych, aby umożliwić statkom przepływanie przez rzeki.

Demonstracja klipu wideo

5. Sprawdzanie zrozumienia: Odpowiedz na pytania testowe.

7. Wzajemna kontrola: wymień zeszyty i sprawdź

Opcja 1: 1c, 2b, 3a, 4d, 5d, 6d, 7d, 8a

Opcja 2: 1b, 2d, 3a, 4a, 5d, 6b, 7d, 8c

6. Podsumowanie. Praca domowa. ξ 44,45, sporządzić tabelę porównawczą: „Ciśnienie ciał stałych, cieczy i gazów”

Odpowiedz na pytania testowe.

Na tym opiera się działanie prasy Prawo Pascala. Prasa hydrauliczna składa się z dwóch połączonych naczyń wypełnionych cieczą (zwykle olejem technicznym) i zamkniętych tłokami o różnych rozmiarach S 1 i S 2 (rys. 1).

Zewnętrzna siła działająca na mały tłok wytwarza ciśnienie

Zgodnie z prawem Pascala jest on przenoszony przez ciecz we wszystkich kierunkach bez zmian. Dlatego na drugi tłok od strony cieczy działa siła

(1)

Prasa hydrauliczna daje przyrost siły tyle razy, ile powierzchnia większego tłoka przekracza powierzchnię małego tłoka.

Siła F 1 również się zmienia energia potencjalna płyny w prasie. Ale ponieważ ciężar tej cieczy jest znacznie mniejszy niż siła F 1. uważaliśmy, że ciecz jest nieważka. W związku z tym należy zauważyć, że w warunkach rzeczywistych równanie (1) jest spełnione tylko w przybliżeniu.

Prasa nie daje żadnych korzyści w pracy. Rzeczywiście, kiedy mały tłok jest opuszczony, siła działa A 1 = F 1 h 1, gdzie h 1 jest skokiem małego tłoka. Część cieczy z wąskiego cylindra zostaje przesunięta do szerokiego, a duży tłok podnosi się o h 2. Praca wykonana przez siłę F 2

(2)

Ale ciecz jest nieściśliwa. W rezultacie objętości cieczy przenoszone z jednego cylindra do drugiego są równe, tj.

Podstawiając to równanie i równanie (1) do (2), otrzymujemy A 1 = A 2 .

Prasa hydrauliczna pozwala wytworzyć kolosalne siły i służy do prasowania wyrobów (z metalu, plastiku, z różnych proszków), do wypychania otworów w blachach, do badania wytrzymałości materiałów, do podnoszenia ciężarów, do wyciskania oleju z nasion w oleju młyny, do prasowania sklejki, tektury, siana. W zakładach metalurgicznych prasy hydrauliczne służą do wykonywania stalowych wałów maszynowych, kół kolejowych i wielu innych wyrobów.