Пневматические и гидравлические механизмы

Газы и жидкости, находящиеся под давлением, нашли широкое применение в промышленной технике. Рассмотрим это.

На этом рисунке вы видите пневматический отбойный молоток (греч. «пневматикос» – воздушный). При помощи сжатого воздуха работают также двери в автобусах и метро, тормоза поездов и грузовых автомобилей.

Встречаются также механизмы, работающие при помощи сжатой жидкости. Они называются гидравлическими (греч. «гидор» – вода, жидкость).

Ниже показано устройство действующей модели гидравлического пресса. Он состоит из двух сообщающихся цилиндров, закрытых подвижными поршнями. Внутри цилиндры заполнены машинным маслом. Надавливая на рукоятку, мы сжимаем масло в малом цилиндре, левый клапан закрывается, и через открывшийся правый клапан масло перетекает в большой цилиндр.

При поднятии рукоятки правый клапан закрывается, левый открывается, и масло из левого резервуара перетекает в малый цилиндр. При опускании рукоятки всё повторяется. Постепенно давление масла в большом цилиндре возрастает, и правый поршень всё сильнее сдавливает (прессует) деталь.

Промышленные прессы позволяют получить выигрыш в силе более 1000 раз. С их помощью изготавливаются (прессуются) пластмассовые и металлические детали и заготовки, которые можно встретить в каждом доме, офисе, автомобиле.

Объясним, почему пресс позволяет получать выигрыш в силе. Изобразим схему устройства пресса (см. рисунок). Левый цилиндр – меньшего диаметра, правый – большего. F₁ и F₂ – силы, действующие на поршни, S₁ и S₂ – площади этих поршней. Рисунок иллюстрирует, что при равновесии поршней сила, действующая на поршень с большей площадью, всегда больше силы, действующей на поршень с меньшей площадью

Докажем эту закономерность. Поскольку масло – это жидкость, то, согласно закону Паскаля, давление масла под обоими поршнями одинаково. То есть:

Преобразовав это равенство по свойству пропорции, получим правило равновесия сил на прессе:

F1 и F2 – силы, действующие на поршни. S1 и S2 — площади этих поршней.

Словами его можно выразить так: большая сила должна быть больше меньшей во столько же раз, во сколько площадь большего поршня больше площади меньшего. Заметим, что отношение F₂ к F₁ – это выигрыш в силе. Он тем значительнее, чем сильнее отличаются площади поршней.

Правило равновесия сил на прессе справедливо как для гидравлических, так и для пневматических механизмов. Например, изображенный на рисунке отбойный молоток будет производить тем большее воздействие на добываемую руду, чем больше диаметр этого инструмента и площадь поршня внутри него.