Действието на пресата се основава на Законът на Паскал. Хидравлична пресапредставлява два комуникиращи съда, пълни с течност (обикновено техническо масло) и затворени с бутала с различни размери S 1 и S 2 (фиг. 1).
Външна сила, действаща върху малко бутало, създава налягане
Според закона на Паскал, той се предава от течността във всички посоки без промяна. Следователно върху второто бутало от страната на течността действа сила
(1)
Хидравличната преса дава увеличаване на силата толкова пъти, колкото площта на по-голямото бутало надвишава площта на малкото бутало.
Силата F 1 също се променя потенциална енергиятечности в пресата. Но тъй като гравитацията на тази течност е много по-малка от силата F 1. ние смятахме течността за безтегловна. В тази връзка трябва да се отбележи, че при реални условия уравнение (1) е изпълнено само приблизително.
Пресата не дава победа в работата. Наистина, при спускане на малкото бутало, силата работи A 1 = F 1 h 1, където h 1 е ходът на малкото бутало. Част от течността се изтласква от тесния цилиндър в широкия, а голямото бутало се издига h 2 . Работна сила F 2
(2)
Но течността е несвиваема. Следователно обемите на течностите, прехвърлени от един цилиндър в друг, са равни, т.е.
Заместете това уравнение и уравнение (1) в (2), получаваме A 1 = A 2 .
Хидравличната преса ви позволява да развивате колосални сили и се използва за пресоване на продукти (от метал, пластмаса, от различни прахове), за пробиване на отвори в метални листове, за тестване на материали за здравина, за повдигане на тежести, за изстискване на масло от семена в масло мелници, за пресоване на шперплат, картон, сено. На металургични заводихидравличните преси се използват при производството на стоманени машинни валове, железопътни колела и много други продукти.
Действието на сила върху твърдо тяло зависи не само от модула на тази сила, но и от повърхността на тялото, върху която тя действа. Взаимодействието на течности и газове с твърди вещества, както и взаимодействието между съседни слоеве течност или газ, също се случва не в отделни точки, а на определена повърхност на техния контакт. Следователно, за да се характеризират такива взаимодействия, се въвежда понятието натиск.
налягане стрнаричаме стойността, равна на съотношението на модула на силата на натиск F, действаща перпендикулярно на повърхността, към площта 5 на тази повърхност:
p=F/S. (5.1)
При равномерно разпределение на силите на натиск налягането във всички части на повърхността е еднакво и числено равно на силата на натиск, действаща върху повърхността на единица площ.
Единицата за налягане се задава от формула (5.1). В SI единицата за налягане е налягането, причинено от сила от 1 N, равномерно разпределена върху перпендикулярна на нея повърхност с площ от 1 m 2. Тази единица за налягане се нарича паскал (Pa): 1 Pa=1 N/m2.
Често се използват следните несистемни единици за налягане:
- техническа атмосфера (at): 1 at = 9,8 10 4 Pa;
- физическа атмосфера (атм), равна на налягането, произведено от живачен стълб с височина 760 mm. Както е показано в § 24, 1 atm = 1,033 atm = 1,013 10 5 Pa;
- милиметър живак (mmHg): 1 mmHg Изкуство. » 133,3 Ра;
- бар (милибар се използва в метеорологията); 1 bar=10 5 Pa, 1 mbar=10 2 Pa.
Законът на Паскал за течности и газове
Твърдите тела пренасят натиска, произведен върху тях отвън, по посока на силата, която причинява това налягане. Течностите и газовете предават външно налягане по съвсем различен начин.
Помислете за следния експеримент (фиг. 48). Съд със запушалка съдържа вода. В тапата се вкарват три тръби с еднакъв диаметър, долните отвори на които са във водата на една и съща дълбочина, но насочени в различни посоки (надолу, настрани и нагоре), както и тръба, която не достига до водата , към която е свързана гумена бутилка от пистолет за пръскане. Изпомпвайки с него въздух в съда, увеличаваме налягането, упражнявано от въздуха върху повърхността на водата в съда. Отбелязваме, че в този случай и в трите тръби водата се издига на една и съща височина. следователно, неподвижна течност в затворен съд предава произведеното върху нея външно налягане във всички посоки еднакво(т.е. без промяна).
Наблюденията показват, че външното налягане и газовете в затворен съд също се предават. Описаният модел е открит за първи път от френския учен Паскал и е наречен закон на паскал .
Хидростатично налягане
Всяка молекула течност в гравитационното поле на Земята е засегната от силата на гравитацията. Под действието на тези сили всеки слой течност притиска слоевете, разположени под него. Според закона на Паскал това налягане се пренася от течността във всички посоки еднакво. следователно, Течностите имат налягане поради гравитацията.
Наблюденията показват, че течност в съд в покой оказва натиск върху дъното и стените на съда и върху всяко тяло, потопено в тази течност. Налягането, упражнявано от течност в покой върху която и да е повърхност в контакт с нея, се нарича хидростатичен.
Формула за хидростатично налягане
Хидростатичното налягане може да се определи с помощта на инструмент, наречен хидростатичен баланс на Паскал (фиг. 49). В стойката P, през която преминава пръстеновидната тръба K, е възможно да се фиксират херметически съдове C с всякаква форма, които нямат дъно. Подвижното дъно на тези съдове представлява плоска кръгла платформа D, окачена на равновесна греда с равни рамена, разположена близо до долния отвор на разклонената тръба K. Тази платформа се притиска към края на разклонената тръба от сила, причинена от фактът, че върху тавата за баланс е поставена тежест G, окачена на другата им балансирна греда. P е прикрепена линийка L, която определя височината h на течността в съда, монтирана на стойка.
Така се прави опит. Съд под формата на прав кръгъл цилиндър е фиксиран върху стойка. В него се налива вода, докато теглото на тази вода стане равно на теглото на тежестта, поставена върху десния съд за везна, т.е. R f = R g. (Поддържането на това количество вода се осигурява автоматично от самото устройство, тъй като ако теглото на водата в съда надвиши теглото на тежестта, дъното ще се отвори леко и излишната вода ще изтече.)
В цилиндричен съд теглото на течността P W = r f ghS, където f = r w е плътността на течността, g е ускорението на свободното падане, h е височината на колоната на течността, S е площта на основата на цилиндъра, така че течността оказва натиск върху дъното на съда
p \u003d P w / S = r w gh. (5.2)Формула (5.2) определя стойността на хидростатичното налягане.
Теоретично извеждане на формулата за хидростатично налягане
Отделяме фиксиран елемент от неговия обем вътре в течност в покойDV под формата на прав кръгъл цилиндър с височина h с основи с малка площDS успоредна на свободната повърхност на течността (фиг. 50). Горната основа на цилиндъра е разположена на дълбочина h 1 от повърхността на течността, а долната основа е на дълбочина h 2 >h 1 .
Три сили действат вертикално върху избрания елемент от обема на течността: сили на налягане F 1 \u003d p 1 DS и F 2 = p 2 DS (където p 1 и p 2 са стойностите на хидростатичното налягане на дълбочини h 1 и h 2) и гравитацията F t \u003d rg DV = rgh DS.
Елементът на обема на течността, който идентифицирахме, е в покой, което означава, че F 1 + F 2 + F t = 0 и следователно алгебричната сума от проекциите на тези сили върху вертикалната ос е равна на нула, т.е. p 2 DS-p 1 DS-rgh DS=0, откъдето получаваме
p 2 -p 1 = rgh. (5.3)Нека сега горната повърхност на избрания цилиндричен обем на течността съвпада с повърхността на течността, т.е. h1=0. Тогава h 2 =h и p 2 =p, където h е дълбочината на потапяне, а p е хидростатичното налягане на дадена дълбочина. Ако приемем, че налягането върху повърхността на течността е p 1 = 0 (т.е. без да се отчита външното налягане върху повърхността на течността), от (5.3) получаваме формулата за хидростатичното налягане p =rgh, което съвпада с формула (5.2).
Комуникационни съдове
Съобщителните съдове са съдове, които имат канал между тях, пълен с течност. Наблюденията показват, че в комуникационни съдове с всякаква форма, хомогенна течност винаги се поставя на едно и също ниво.
Различните течности се държат различно дори в комуникационни съдове с една и съща форма и размер. Да вземем два цилиндрични комуникационни съда с еднакъв диаметър (фиг. 51), изсипем слой живак (засенчен) на дъното им и излеем течност с различна плътност в цилиндрите отгоре, например, r 2
Мислено изберете вътре в тръбата, свързваща комуникиращите съдове и изпълнена с живак, площ с площ S, перпендикулярна на хоризонталната повърхност. Тъй като течностите са в покой, налягането в тази област отляво и отдясно е еднакво, т.е. p1=p2. Съгласно формула (5.2) хидростатичното налягане p 1 = r 1 gh 1 и p 2 = r2gh2. Приравнявайки тези изрази, получаваме r 1 h 1 2 h 2 , откъдето= r
h 1 / h 2 \u003d r 2 / r 1. (5.4)Следователно хетерогенните течности в покой се монтират в комуникационни съдове по такъв начин, че височините на техните колони са обратно пропорционални на плътностите на тези течности.
Ако r 1 =r 2 , тогава формулата (5.4) предполага, че h 1 =h 2 , т.е. хомогенни течности се монтират в комуникационни съдове на същото ниво.
Принципът на работа на хидравличната преса
Хидравличната преса се състои от два свързани съда с цилиндрична форма и различни диаметри, в които има бутала, площите на които S 1 и S 2 са различни (S 2 >> S 1). Цилиндрите се пълнят с течно масло (обикновено трансформаторно масло). Схематично устройството на хидравличната преса е показано на фиг. 52 (тази фигура не показва масления резервоар и клапанната система).
Без натоварване буталата са на едно и също ниво. Буталото S 1 се въздейства от силата F 1 и между буталото S 2 и горната опора се поставя тяло, което да бъде притиснато.
Силата F 1, действаща върху буталото S 1, създава допълнително налягане в течността p=F 1 /S 1 . Според закона на Паскал това налягане се предава от течността във всички посоки без промяна. Следователно силата на натиск действа върху буталото S 2 F 2 = pS 2 = F 1 S 2 /S 1.От това равенство следва, че
F 2 /F 1 \u003d S 2 / S 1. (5.5)Следователно силите, действащи върху буталата на хидравлична преса, са пропорционални на площите на тези бутала. Следователно, с помощта на хидравлична преса е възможно да се получи увеличение на силата, колкото по-голямо, толкова повече S 2 е по-голямо от S 1 .
Хидравличната преса се използва широко в инженерството.
7 клас Урок №41 Дата
Тема: Законът на Паскал. Хидравлична преса.
Тип урок: Урок за изучаване на нов материал.
Цели и задачи на урока:
· Образователна цел -научете за закона на Паскал , разширяване и задълбочаване на знанията на учениците по темата “Налягане”, обсъждане на разликата между твърди вещества, течности и газове; въвеждат ново понятие за "Хидравлична преса", помагат на учениците да осмислят практическата значимост, полезността на придобитите знания и умения.
· Цел за развитие -създават условия за развитие на изследователски и творчески умения; комуникационни и съвместни умения.
· образователна цел -насърчават изграждането на култура на умствен труд, създават условия за повишаване на интереса към изучавания материал.
Оборудване:
Презентация, видеоклипове
карти с индивидуални задачи
По време на занятията.
1.Орг. момент.
Подготовка на учениците за работа в клас. Прием "Усмивка"
2. Мотивация и поставяне на цели и задачи на урока.
Слайдшоу със снимки. Целите на нашия урок са:
Днес в урока ще изучаваме един от най-важните природни закони, закона на Паскал. Целта на нашия урок: да изучаваме правото, както и да се научим как да обясняваме редица физически явленияизползвайки закона на Паскал. Вижте прилагането на закона на практика.
Разгледайте физически основиустройства и работа на хидравличната машина;
Дайте концепцията за хидравлична преса и покажете нейното практическо приложение.
3. Изучаване на нова тема
Всички тела са изградени от молекули и атоми. Разгледахме три различни агрегатни състояния на материята и въз основа на структурата те са различни по свойства. Днес трябва да се запознаем с влиянието на налягането върху твърди, течни и газообразни вещества. Нека разгледаме примери:
Забийте пирон в дъската с чук. какво виждаме? В каква посока действа налягането?
(Под натиска на чука пиронът влиза в дъската. По посока на силата. Дъската и пиронът са неразделни твърди тела.)
Да вземем пясъка. Това е твърдо гранулирано вещество. Напълнете тръбата с буталото с пясък. Единият край на тръбата е покрит с гумен филм. Натискаме буталото и наблюдаваме.
(Пясъкът притиска стените на филма не само по посока на силата, но и отстрани.)
Сега нека видим как се държи течността. Напълнете епруветката с течност. Натискаме буталото, наблюдаваме и сравняваме с резултатите от предишен опит.
(Филмът е под формата на топка, течните частици се притискат в различни посоки еднакво.)
Да вземем газ като пример. Да надуем топката.
(Налягането се предава от въздушните частици еднакво във всички посоки.)
Разгледахме ефекта на налягането върху твърди насипни, течни и газообразни вещества. Каква прилика забелязвате?
(За течности и газове налягането действа в различни посоки по един и същи начин и това е следствие от произволното движение на огромен брой молекули. При твърдите насипни вещества налягането действа по посока на силата и встрани. )
Нека обясним по-задълбочено процеса на пренос на налягане от течности и газове.
Представете си, че тръба с бутало е пълна с въздух (газ). Частиците в газа са равномерно разпределени в целия обем. Да ударим буталото. Частиците под буталото се уплътняват. Поради своята подвижност, газовите частици ще се движат във всички посоки, в резултат на което подреждането им отново ще стане еднородно, но по-плътно. Следователно налягането на газа се увеличава навсякъде. Това означава, че налягането се прехвърля към всички частици на газа.
Нека направим експеримент с топката на Паскал. Нека вземем куха топка с тесни дупки на различни места и я прикрепим към тръба с бутало.
Ако изтеглите вода в тръбата и натиснете буталото, тогава водата ще изтече от всички дупки на топката под формата на потоци. (Децата правят своите предположения.)
Нека формулираме едно общо заключение.
Буталото притиска повърхността на водата в тръбата. Водните частици под буталото, кондензирайки, пренасят налягането си върху други слоеве, лежащи по-дълбоко. По този начин налягането на буталото се предава на всяка точка от течността, изпълваща топката. В резултат на това част от водата се изтласква от топката под формата на потоци, изтичащи от всички дупки.
Налягането, упражнявано върху течност или газ, се предава без промяна до всяка точка от обема на течността или газа. Това твърдение се нарича закон на Паскал.
4. Консолидиране: отговори на въпроси
1. Ако стреляте от пневматичен пистолет по твърдо сварено яйце, тогава куршумът ще пробие само проходна дупка в него, докато останалото остава непокътнато. Но ако стреляте сурово яйце, то ще се разбие. (Когато се изстрелва по варено яйце, куршумът пробива твърдо тяло, така че той пробива в посоката на полета, защото налягането се пренася в тази посока.)
2. Защо експлозията на снаряд под вода е разрушителна за организмите, живеещи във водата? (Налягането на експлозия в течност, според закона на Паскал, се предава еднакво във всички посоки и животните могат да умрат от това)
3. Зъл джин, който е в газообразно състояние вътре в запушена бутилка, оказва силен натиск върху стените, дъното и тапата. Как джин удря във всички посоки, ако в газообразно състояние няма нито ръце, нито крака? Какъв закон му позволява да прави това? (молекули, закон на Паскал)
4. За астронавтите храната се прави в полутечна форма и се поставя в тръби с еластични стени. Какво помага на астронавтите да изстискват храна от епруветките?
(законът на Паскал)
5. Опитайте се да обясните процеса на правене на стъклени съдове, когато въздухът се издухва в капка разтопено стъкло?
(Съгласно закона на Паскал, налягането вътре в газа ще се пренася еднакво във всички посоки и течно стъклонадуйте като балон.)
Прилагане на закона на Паскал на практика
Мотивация за изучаване на тази тема: "Хидравлична преса"
Вероятно сте наблюдавали ситуацията: колело е счупено, водачът лесно повдига колата с помощта на устройство и сменя повреденото колело, въпреки факта, че масата на автомобила е около 1,5 тона.
Нека да отговорим заедно на въпроса защо е възможно това?
Той използва крик. Крикът принадлежи към хидравличните машини.
Механизмите, които работят с помощта на някакъв вид течност, се наричат хидравлични (на гръцки "gidor" - вода, течност).
Хидравлична пресае машина за формиране на материал, задвижвана от изстискваща се течност.
отговори на въпросите.
v Цилиндрите и буталата еднакви ли са? Каква е разликата?
v Какво означава: всяко бутало прави своето?
v На какъв закон се основава работата на хидравличната преса?
Устройството на хидравличната преса се основава на закона на Паскал. Два комуникиращи съда се пълнят с хомогенна течност и се затварят от две бутала, чиито площи са S1 и S2 (S2 > S1). Според закона на Паскал имаме равенство на наляганията в двата цилиндъра: p1=p2.
p1=F1/S1, P2=F2/ S2, F1/S1= F2/ S2, F1 S2=F2 S1
По време на работа на хидравлична преса се създава усилване на силата, равно на съотношението на площта на по-голямото бутало към площта на по-малкото.
Ф1/ Ф2 = С1/ С2.
Принципът на работа на хидравличната преса.
Тялото, което ще бъде притиснато, се поставя върху платформа, свързана с голямо бутало. С помощта на малко бутало се създава голям натиск върху течността. Това налягане се предава без промяна към всяка точка на течността, пълнеща цилиндрите. Следователно същото налягане действа върху по-голямото бутало. Но тъй като площта му е по-голяма, тогава силата, действаща върху него, ще бъде по-голяма от силата, действаща върху малкото бутало. Под въздействието на тази сила по-голямото бутало ще се издигне. Когато това бутало се повдигне, тялото се опира на фиксираната горна платформа и се компресира. Манометърът, който измерва налягането на течност, е предпазен клапан, който автоматично се отваря, когато налягането надвиши допустимата стойност. От малък цилиндър към голяма течност се изпомпва чрез многократни движения на малкото бутало.
Хидравличните преси се използват там, където се изисква много мощност. Например за изстискване на масло от семена в маслобойни, за пресоване на шперплат, картон, сено. В металургичните заводи хидравличните преси се използват при производството на стоманени валове за машини, железопътни колела и много други продукти. Съвременните хидравлични преси могат да развият стотици милиони нютони сила.
Милиони автомобили са оборудвани с хидравлични спирачки. Десетки и стотици хиляди багери, булдозери, кранове, товарачи, асансьори са оборудвани с хидравлично задвижване.
Хидравличните крикове и хидравличните преси се използват в огромни количества за различни цели - от притискане на бинтове върху колелата на вагона до повдигане на ферми на подвижния мост, за да се позволи на корабите да преминават по реките.
Видео демонстрация
5. Проверка на разбирането: Отговорете на тестовите въпроси.
1 вариант | Вариант 2 |
|
|
Работа Б) налягане |
А) Джаул Б) Паскал |
|
|
А) намаляване по-малко; по-малко Б) намаляване; Повече ▼; Повече ▼ Б) увеличаване Повече ▼; Повече ▼ Г) увеличаване; по-малко; Повече ▼ |
А) намаляване Повече ▼; по-малко Б) намаляване; Повече ▼; Повече ▼ Б) намаляване по-малко; по-малко Г) увеличаване; Повече ▼; Повече ▼ |
|
|
В) колелата се заменят с гъсеници |
А) остриетата на ножовете са заточени Г) ножовете се заменят с въдица |
|
Посочете грешното твърдение. |
Б) на дъното на съда Г) във всички посоки |
|
|
А) 1300 кг/м3 |
7. Партньорска проверка: обменете тетрадки и проверете
Вариант 1: 1c, 2b, 3a, 4d, 5d, 6d, 7d, 8a
Вариант 2: 1b, 2d, 3a, 4a, 5d, 6b, 7d, 8c
6. Обобщаване. Домашна работа. ξ 44,45, направете сравнителна таблица: „Налягане твърди вещества, течности и газове"
Отговорете на тестови въпроси.
1 вариант | Вариант 2 |
|
Какво физическо количество се определя от формулата p = F / S? Работа Б) налягане | Коя от следните единици е основната единица за измерване на налягането? А) Джаул Б) Паскал |
|
Коя от следните стойности може да изрази налягане? | Изразете налягането, равно на 0,01 N/cm2 в Pa. |
|
Каква формула може да се използва за изчисляване на силата на натиск? | Каква формула може да се използва за изчисляване на налягането? |
|
Избройте някои от думите, които липсват. Режещите инструменти се заточват с цел ... натиск, тъй като колкото повече ... площта на опора, толкова ... налягането. А) намаляване по-малко; по-малко Б) намаляване; Повече ▼; Повече ▼ Б) увеличаване Повече ▼; Повече ▼ Г) увеличаване; по-малко; Повече ▼ | Избройте някои от думите, които липсват. Стените на сградите са монтирани на широка основа, за да ... натиск, защото колкото повече ... площта на опората, толкова ... налягането. А) намаляване Повече ▼; по-малко Б) намаляване; Повече ▼; Повече ▼ Б) намаляване по-малко; по-малко Г) увеличаване; Повече ▼; Повече ▼ |
|
Намерете грешен отговор. Те се опитват да намалят налягането по следните начини: А) увеличете площта на долната част на основата Б) гумите за камиони са направени по-широки В) колелата се заменят с гъсеници Г) Намалете броя на колоните, поддържащи платформата | Намерете грешен отговор. Те се опитват да увеличат налягането по следните начини А) остриетата на ножовете са заточени Б) клещите се заменят с клещи В) използват каруца през лятото, шейна през зимата Г) ножовете се заменят с въдица |
|
Кутия с тегло 0,96 kN има опорна площ от 0,2 m2. Изчислете налягането на кутията. | По време на шиене върху иглата действа сила от 2 N. Изчислете натиска, упражняван от иглата, ако площта на върха е 0,01 mm2. |
|
Посочете грешното твърдение. А) налягането на газа се създава от удари на произволно движещи се молекули Б) газ упражнява еднакво налягане във всички посоки C) ако масата и температурата на газа останат непроменени, тогава с намаляване на обема на газа налягането се увеличава D) ако масата и температурата на газа останат непроменени, тогава с увеличаване на обема на газа налягането не се променя | Законът на Паскал гласи, че течностите и газовете предават натиска, упражняван върху тях... А) по посока на силата Б) на дъното на съда Б) по посока на резултантната сила Г) във всички посоки |
|
Налягане от 4 kPa съответства на налягане от .. | Коя от следните стойности може да изрази хидростатичното налягане? А) 1300 кг/м3 |
Внимание! Сайтът за администрация на сайта не носи отговорност за съдържанието методически разработки, както и за съответствие с разработването на Федералния държавен образователен стандарт.
- Участник: Максим Колесников
- Ръководител: Щербинина Галина Генадиевна
Въведение
Законът на Паскал става известен през 1663 г. Именно това откритие формира основата за създаването на суперпреси с налягане над 750 000 kPa, хидравлично задвижване, което от своя страна доведе до появата на хидравлична автоматизация, която контролира съвременните реактивни лайнери, Космически кораби, металорежещи машини с цифрово управление, мощни самосвали, минни комбайни, преси, багери... Така законът на Паскал намери голямо приложение в съвременен свят. Всички тези механизми обаче са доста сложни и тромави, затова исках да създам устройства, базирани на закона на Паскал, за да се убедя сам и да убедя моите съученици, много от които смятат, че е глупаво да губим време за „древни“, когато сме заобиколени от съвременните устройства, че тази тема все още е интересна и актуална. Освен това устройствата „направи си сам“ като правило предизвикват интерес, карат ви да мислите, да фантазирате и да гледате на откритията на „дълбоката древност“ с различни очи.
Обектмоето изследване е законът на Паскал.
Обективен:експериментално потвърждение на закона на Паскал.
Хипотеза:познаването на закона на Паскал може да бъде полезно за проектиране на строително оборудване.
Практическото значение на работата:В моята работа са представени експерименти за демонстрация в часовете по физика в 7. клас на средното общообразователно училище. Разработените експерименти могат да бъдат демонстрирани както в урока при изучаване на явления (надявам се, че това ще помогне за формиране на някои понятия при изучаване на физика), така и като домашна работа за учениците.
Предложените настройки са универсални, една настройка може да се използва за показване на няколко експеримента.
Глава 1. Цялото ни достойнство е в способността да мислим
Блез Паскал (1623-1662) - френски математик, механик, физик, писател и философ. Класик на френската литература, един от основателите математически анализ, теория на вероятностите и проективна геометрия, създател на първите образци на технологията за броене, автор на основния закон на хидростатиката. Паскал влезе в историята на физиката, като установи основния закон на хидростатиката и потвърди предположението на Торичели за съществуването атмосферно налягане. SI единицата за налягане е кръстена на Паскал. Законът на Паскал гласи, че налягането, упражнявано върху течност или газ, се предава до всяка точка без промяна във всички посоки. Дори известният закон на Архимед е такъв специален случайЗаконът на Паскал.
Законът на Паскал може да се обясни с помощта на свойствата на течностите и газовете, а именно: молекулите на течността и газа, удряйки се в стените на съд, създават налягане. Налягането се увеличава (намалява), когато концентрацията на молекулите се увеличава (намалява).
Има широко разпространен проблем, с който може да се разбере действието на закона на Паскал: когато се стреля с пушка, в сварено яйце се образува дупка, тъй като налягането в това яйце се предава само по посока на движението му. Суровото яйце се разбива, защото налягането на куршум в течност, според закона на Паскал, се предава еднакво във всички посоки.
Между другото, известно е, че самият Паскал, използвайки открития от него закон, е изобретил спринцовка и хидравлична преса в хода на експериментите.
Практическото значение на закона на Паскал
Работата на много механизми се основава на закона на Паскал, по различен начин, такива свойства на газа като свиваемост и способност за пренасяне на налягане във всички посоки еднакво, са намерили широко приложение при проектирането на различни технически устройства.
- И така, сгъстен въздух се използва в подводница, за да се повдигне от дълбочина. При гмуркане специални резервоари вътре в подводницата се пълнят с вода. Масата на лодката се увеличава и тя потъва. За повдигане на лодката в тези резервоари се изпомпва сгъстен въздух, който измества водата. Масата на лодката намалява и тя изплува.
Фиг. 1.Подводници на повърхността: основни баластни резервоари (TsGB) не са пълни
Фиг.2.Подводница в потопено положение: CGB беше пълен с вода
- Устройствата, които използват сгъстен въздух, се наричат пневматични. Те включват например чук, който се използва за отваряне на асфалт, разрохкване на замръзнала почва, смачкване скали. Под действието на сгъстен въздух пикът на ударния чук прави 1000-1500 удара в минута с голяма разрушителна сила.
- В производството за коване и обработка на метали се използват пневматичен чук и пневматична преса.
- Камионите и железопътните превозни средства използват въздушни спирачки. В вагоните на метрото вратите се отварят и затварят с помощта на сгъстен въздух. Използването на въздушни системи в транспорта се дължи на факта, че дори и в случай на изтичане на въздух от системата, той ще бъде попълнен поради работата на компресора и системата ще работи правилно.
- Работата на багера също се основава на закона на Паскал, където хидравличните цилиндри се използват за привеждане в движение на неговите стрели и кофа.
Глава 2. Душата на науката е практическото приложение на нейните открития
Опит 1 (видео, метод за моделиране на принципа на работа на това устройство в презентацията)
Действието на закона на Паскал може да се проследи до работата на лабораторна хидравлична преса, състояща се от два свързани помежду си ляв и десен цилиндъра, равномерно пълни с течност (вода). Щепселите (тежестите), показващи нивото на течността в тези цилиндри, са подчертани в черно.
Ориз. 3 Схема на хидравлична преса
Ориз. 4. Приложение на хидравлична преса
Какво се е случило тук? Натиснахме щепсела в левия цилиндър, което изтласка течността от този цилиндър към десния цилиндър, в резултат на което щепселът в десния цилиндър, изпитващ налягане на течността отдолу, се издигна. По този начин течността е прехвърлила налягането.
Проведох същия експеримент само в малко по-различна форма в моя дом: демонстрация на експеримент с два цилиндъра, свързани един с друг – медицински спринцовки, свързани помежду си и пълни с течност-вода.
Устройството и принципът на работа на хидравличната преса са описани в учебника за 7. клас за средни училища,
Опит 2 (видео, използвайки метода на симулация за демонстриране на сглобяването на това устройство на презентацията)
При разработването на предишния експеримент, за да демонстрирам закона на Паскал, сглобих и модел на дървен мини-багер, чиято основа са бутални цилиндри, пълни с вода. Интересното е, че като бутала, които повдигат и спускат стрелата и кофата на багера, използвах медицински спринцовки, измислен от самия Блез Паскал в подкрепа на неговия закон.
И така, системата се състои от обикновени медицински спринцовки от 20 ml всяка (функция на лостове за управление) и същите спринцовки от 5 ml всяка (функция на бутала). Напълних тези спринцовки с течност - вода. Използвана е система от капкомери за свързване на спринцовките (осигурява запечатване).
За да работи тази система, натискаме лоста на едно място, налягането на водата се прехвърля към буталото, към щепсела, щепселът се издига - багерът започва да се движи, стрелата и кофата на багера се спускат и издигат.
Този експеримент може да се демонстрира, като се отговори на въпроса след § 36, стр. 87 от учебника на А. В. Перишкин за 7 клас: „Какъв опит може да покаже особеността на пренос на налягане от течности и газове?“, Опитът е интересен и от гледна точка на оглед на наличността на използваните материали и практическо приложениеЗаконът на Паскал.
Опит 3 (видео)
Нека прикрепим куха топка (пипета) с много малки дупки към тръба с бутало (спринцовка).
Напълнете балона с вода и натиснете буталото. Налягането в тръбата ще се увеличи, водата ще започне да се излива през всички дупки, докато налягането на водата във всички водни потоци ще бъде еднакво.
Същият резултат може да се получи, ако вместо вода се използва дим.
Този експеримент е класически за демонстриране на закона на Паскал, но използването на материали, достъпни за всеки ученик, го прави особено ефективен и запомнящ се.
Подобен опит е описан и коментиран в учебника за 7. клас за средните училища,
Заключение
Подготвяйки се за състезанието, аз:
- изучава теоретичен материалпо избрана от мен тема;
- създава самоделни устройства и провежда експериментална проверка на закона на Паскал върху следните модели: модел на хидравлична преса, модел на багер.
заключения
Законът на Паскал, открит през 17 век, е актуален и широко използван в наше време при проектирането на технически устройства и механизми, които улесняват човешката работа.
Надявам се, че събраните от мен инсталации ще представляват интерес за моите приятели и съученици и ще им помогнат да разберат по-добре законите на физиката.
ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ И КЛАСИФИКАЦИЯ
Хидравличната преса е машина с почти статично действие. Принципът на действие на хидравличната преса се основава на закона на Паскал. V общ изгледпресата се състои от две камери, оборудвани с бутала (бутала) и свързани тръбопроводи (фиг. 20.1, а). Ако към буталото 1 прилага сила, след което под нея се създава натиск. Според закона на Паскал налягането се предава до всички точки на обема на течността и се насочва нормално към основата на голямото бутало 2 , създава сила, която упражнява натиск върху детайла 3 .
Въз основа на закона на Паскал,
Силата е толкова пъти по-голяма от силата, колко пъти площта е по-голяма от площта.
Структурната схема на хидравличната преса е показана на фиг. 20.1, б. Подчинен цилиндър 4 , в която се движи работното бутало 5 , фиксиран в горната фиксирана напречна греда 6 . Последното с помощта на колони 7 свързан към фиксирана напречна греда 9 монтиран върху основата. Нисък 9 и отгоре 6 напречните греди заедно с колоните образуват рамката на пресата. работещо бутало 5 свързан към подвижната напречна греда 8 , който има посока покрай колоните, и му казва да се движи само в една посока - надолу. За повдигане на подвижната напречна греда са монтирани връщащи цилиндри. 10 с бутала 11 .
Цилиндрите са запечатани, за да се предотврати изтичане на течност под налягане 12 .
Основният параметър на хидравличната преса е номиналната сила на пресата - произведението от номиналното налягане на течността в цилиндъра на пресата и активната площ на нейните работни бутала.
Пресите, в зависимост от технологичното предназначение, се различават една от друга по дизайна на основните възли, тяхното местоположение и брой, както и стойността на основните параметри ( З- отворена височина на пространството на матрицата; Х- пълен ход на подвижната напречна греда, - размери на масата).
Ориз. 20.1. Хидравлична преса:
а- принцип на действие; б– конструктивна схема; v- схема на преса с подвижно легло
Според технологичното предназначение хидравличните преси се разделят на преси за метал (фиг. 20.2, а)и за неметални материали (фиг. 20.2, б). От своя страна пресите за метал са разделени на пет групи: за коване и щамповане; за екструдиране; за щамповане на листове; за изправяне и монтажни работи и за обработка на метални отпадъци. С оглед на голямото разнообразие от видове преси, представяме стойностите на номиналните сили, най-често срещаните от тях.
От първата група преси могат да се назоват: коване - свободно коване с щамповане в опорни матрици,; щамповане (виж, например, фиг. 26.3) - горещо коване на части, изработени от магнезиеви и алуминиеви сплави,; пиърсинг - дълбоко горещо пробиване на стоманени заготовки в затворена матрица,; протягане - изтегляне на стоманени изковки през пръстени,.
Ориз. 20.3. Видове хидравлични пресови цилиндри:
а- тип бутало; б- тип бутало на диференциала; v- тип бутало
От втората група преси могат да се отбележат тръбни и прътови профилни преси - пресоване на цветни сплави и стомана.
От третата група ще назовем пресите: листово щамповане с едно действие (виж напр. фиг. 26.5),; ауспух - дълбоко изтегляне на цилиндрични части,; за щамповане на каучук, ; за нарязване, фланциране, огъване и щамповане на плочи, ; огъване - огъване на дебел листов материал в горещо състояние,.
От петата група отбелязваме пресите за балиране и брикетиране за пресоване на отпадъци като метални стърготини и остатъци от ламарина. Хидравличните преси за неметални материали включват преси за прахове, пластмаси и за пресоване на ПДЧ и плоскости.
Технологичното предназначение на хидравличната преса определя конструкцията на рамката (колонна, двуколонна, едноколонна, специална), вида, конструкцията и броя на цилиндрите (бутало, диференциално-бутало, бутало и др.).
Най-разпространена е четириколонната неподвижна рамка с движение на движещи се части във вертикална равнина (виж фиг. 20.1, б). Понякога рамката на пресата се прави подвижна (фиг. 20.1, v).
На фиг. 20.3 показва основните типове цилиндри. Цилиндрите с бутало и диференциално бутало са еднодействащи цилиндри. Работният цилиндър от типа диференциално бутало се използва, когато например игла трябва да премине през работното бутало (тръбни преси). Цилиндрите от бутален тип се използват най-често при използване на масло като работна течност. В този случай уплътнителният елемент на самото бутало ще бъдат бутални пръстени. Цилиндърът бутален тип е цилиндър с двойно действие.
Преса с по-ниско разположение на работния цилиндър и неподвижно легло може да няма връщащи цилиндри, в който случай движещите се части се връщат в първоначалното си положение под въздействието на тежестта си. Работният цилиндър е свързан към резервоара за пълнене.
Според броя на работните цилиндри пресите се делят на едно-, дву-, три- и многоцилиндрови.