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 zmienia także energię potencjalną płynu 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 zapewnia 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 przenoszonych 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 maszyn, kół kolejowych i wielu innych wyrobów.
Uwaga! Administracja serwisu nie ponosi odpowiedzialności za treść rozwoju metodologicznego, a także za zgodność z rozwojem Federalnego Państwowego Standardu Edukacyjnego.
- Uczestnik: Kolesnikow Maksym 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, napędu hydraulicznego, co z kolei doprowadziło do powstania automatyki hydraulicznej sterującej nowoczesnymi odrzutowcami, statkami kosmicznymi, maszynami sterowanymi numerycznie, potężnymi wywrotkami, kombajny górnicze, prasy i koparki.. Zatem prawo Pascala znalazło ogromne zastosowanie w nowoczesny 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 klasy, 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 urządzenia tworzone własnymi rękami 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 może służyć do demonstracji 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 twórców analizy matematycznej, teorii prawdopodobieństwa i geometrii rzutowej, 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 szczególny 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 równomiernie 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.
- 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. Ciężar łodzi maleje i łódź unosi się.
Ryc.1. Okręt podwodny na powierzchni: główne zbiorniki balastowe (CBT) nie są napełnione
Ryc.2. Okręt podwodny w pozycji zanurzonej: Szpital Central City został napełniony wodą
- 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.
- W produkcji do kucia i obróbki metali wykorzystuje się młot pneumatyczny i prasę pneumatyczną.
- 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.
- 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 tu się stało? Nacisnęliśmy 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 napełnionymi cieczą-wodą.
Budowę i zasadę działania prasy hydraulicznej opisano w podręczniku dla klasy VII dla szkół średnich,
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. Peryshkina 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:
- badane materiał teoretyczny na wybrany przeze mnie temat;
- stworzył 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.
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
indywidualne karty zadań
Podczas zajęć.
1. Org. za chwilę.
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.
Badać podstawa fizyczna urządzenie i działanie maszyny hydraulicznej;
Podaj pojęcie prasy hydraulicznej i pokaż jej praktyczne zastosowanie.
3. Przestudiuj nowy temat
Wszystkie ciała składają się z cząsteczek i atomów. Przyjrzeliśmy się trzem różnym stan skupienia substancji i ze względu na swoją strukturę różnią się 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 piłkę różne miejsca wąskie otwory i przymocuj go do rurki za pomocą tłoka.
mi 
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, zagęszczając 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. (Kiedy strzelano do ugotowane jajko 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 wybuchu w cieczy, zgodnie z prawem Pascala, przenosi się równomiernie we wszystkich kierunkach i zwierzęta mogą z tego powodu umrzeć)
3. Zły dżin, który w środku jest w stanie gazowym butelki, wywiera silny nacisk na jej ścianki, dno i korek. Dlaczego dżin uderza we 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.
Nazywa się mechanizmy działające przy użyciu pewnego rodzaju cieczy hydrauliczny (Greckie „gidor” - woda, płyn).
Prasa hydrauliczna to maszyna do obróbki materiałów pod ciśnieniem, napędzana sprężoną cieczą.
Odpowiedz na pytania.
Czy cylindry i tłoki są takie same? Jaka jest różnica?
Co to znaczy: każdy tłok robi swoje?
Na jakim prawie opiera się działanie prasy hydraulicznej?
Konstrukcja prasy hydraulicznej opiera się na prawie Pascala. Dwa połączone naczynia są wypełnione jednorodną cieczą i zamknięte dwoma tłokami, których powierzchnia wynosi S 1 i S 2 (S 2 > S 1 ). Zgodnie z prawem Pascala w obu cylindrach mamy równe ciśnienie: p 1 = p 2 .
p1=F1/S1, P2=F2/S2, F1/S1= F2/S2, F1 S2=F2 S1
Gdy działa prasa hydrauliczna, powstaje przyrost siły równy stosunkowi powierzchni większego tłoka do powierzchni mniejszego.
F 1/ F 2 = S 1/ S 2.
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. Siła ta spowoduje uniesienie większego tłoka. Kiedy tłok podnosi się, korpus opiera się o nieruchomą górną platformę i jest ściskany. Manometr, który mierzy ciśnienie cieczy, -Zawór bezpieczeństwa, otwierający się automatycznie w przypadku przekroczenia dopuszczalnej wartości ciśnienia. Z małego cylindra do dużego, ciecz jest pompowana poprzez powtarzające się ruchy małego tłoka.
Prasy hydrauliczne stosuje się 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.
P = F/ S?Praca
B) siła
B) ciśnienie
A) Dżul
B) Pascal
B) Newtona
A) 40 mg
B) 0,1 kPa
B) 5 kN
2, w Pa.
A) 1000 Pa
B) 10 Pa
B) 10 000 Pa
D) 100 Pa
A) F= pS
B) F = mg
B) F= kx
A ) F= pS
B ) p = F/S
B) P=pgh
A) zmniejszyć; mniej; mniej
B) zmniejszyć; więcej; więcej
B) wzrost; więcej; więcej
D) wzrost; mniej; więcej
A) zmniejszyć; więcej; mniej
B) zmniejszyć; więcej; więcej
B) zmniejszyć; mniej; mniej
D) wzrost; więcej; więcej
A) ostrza noży są naostrzone
D) noże zastępuje się żyłką
2 . Oblicz ciśnienie w pudełku.
A) 4800 Pa
B) 135 Pa
B) 13500 Pa
D) 480 Pa
2 .
A) 100 Pa
B) 200 mPa
B) 300 kPa
D) 0,5 Pa
B) na dno naczynia
D) we wszystkich kierunkach
A) 4000 Pa
B) 0,4 Pa
B) 0,004 Pa
D) 400 Pa
A) 1300 kg/m 3
B) 500m
B) 1500 Pa
D) 600 J
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.
Opcja 2
Który wielkość fizyczna określone przez formułęP = F/ S?
Praca
B) siła
B) ciśnienie
Która z poniższych jednostek jest podstawową jednostką miary ciśnienia?
A) Dżul
B) Pascal
B) Newtona
Która z poniższych wartości może wyrażać ciśnienie?
A) 40 mg
B) 0,1 kPa
B) 5 kN
Wyraź ciśnienie jako 0,01 N/cm 2, w Pa.
A) 1000 Pa
B) 10 Pa
B) 10 000 Pa
D) 100 Pa
Jakiego wzoru można użyć do obliczenia siły nacisku?
A) F= pS
B) F = mg
B) F= kx
Jakiego wzoru można użyć do obliczenia ciśnienia?
A ) F= pS
B ) p = F/S
B) P=pgh
Wskaż liczbę brakujących słów. Narzędzia skrawające ostrzy się w celu…docisku, ponieważ…obszar podparcia,…docisku.
A) zmniejszyć; mniej; mniej
B) zmniejszyć; więcej; więcej
B) wzrost; więcej; więcej
D) wzrost; mniej; więcej
Wskaż liczbę brakujących słów.CCienie budynków instalowane są na szerokim fundamencie w celu…nacisku, bo…obszar podparcia,…nacisku.
A) zmniejszyć; więcej; mniej
B) zmniejszyć; więcej; więcej
B) zmniejszyć; mniej; mniej
D) wzrost; więcej; więcej
Znajdź błędną odpowiedź. Próbują zmniejszyć ciśnienie w następujący sposób:
A) zwiększyć powierzchnię dolnej części fundamentu
B) opony ciężarówek są szersze
C) koła zastąpiono gąsienicami
D) Zmniejsz liczbę kolumn podtrzymujących platformę
Znajdź błędną odpowiedź. Próbują zwiększyć ciśnienie w następujący sposób
A) ostrza noży są naostrzone
B) szczypce zastępuje się szczypcami
C) latem poruszaj się wózkiem, zimą saniami
D) noże zastępuje się żyłką
Skrzynia o masie 0,96 kN ma powierzchnię podparcia 0,2 m 2 . Oblicz ciśnienie w pudełku.
A) 4800 Pa
B) 135 Pa
B) 13500 Pa
D) 480 Pa
Podczas szycia na igłę działa siła 2 N. Oblicz nacisk wywierany przez igłę, jeśli powierzchnia końcówki wynosi 0,01 mm 2 .
A) 100 Pa
B) 200 mPa
B) 300 kPa
D) 0,5 Pa
Podaj błędne stwierdzenie.
A) Ciśnienie gazu powstaje w wyniku uderzeń losowo poruszających się cząsteczek
B) gaz wywiera ciśnienie jednakowe we wszystkich kierunkach
C) jeśli masa i temperatura gazu pozostają niezmienione, to wraz ze zmniejszaniem się objętości gazu wzrasta ciśnienie
d) jeśli masa i temperatura gazu pozostają niezmienione, to wraz ze wzrostem objętości gazu ciśnienie się nie zmienia
Prawo Pascala mówi, że ciecze i gazy przenoszą wywierane na nie ciśnienie...
A) w kierunku działającej siły
B) na dno naczynia
B) w kierunku siły wypadkowej
D) we wszystkich kierunkach
Ciśnienie 4 kPa odpowiada ciśnieniu...
A) 4000 Pa
B) 0,4 Pa
B) 0,004 Pa
D) 400 Pa
Która z poniższych wartości może wyrazić ciśnienie hydrostatyczne?
A) 1300 kg/m 3
B) 500m
B) 1500 Pa
D) 600 J
Działanie siły na ciało stałe zależy nie tylko od modułu tej siły, ale także od powierzchni ciała, na którą ona działa. Oddziaływanie cieczy i gazów z ciała stałe, a także oddziaływanie między sąsiednimi warstwami cieczy lub gazu występuje również nie w poszczególnych punktach, ale na określonej powierzchni ich styku. Dlatego dla scharakteryzowania takich oddziaływań wprowadzono pojęcie ciśnienia.
Ciśnienie str nazwać wartość równą stosunkowi modułu siły nacisku F działającej prostopadle do powierzchni do pola 5 tej powierzchni:
p=F/S. (5.1)
Przy równomiernym rozkładzie sił nacisku nacisk na wszystkie części powierzchni jest taki sam i jest liczbowo równy sile nacisku działającej na powierzchnię o jednostkowej powierzchni.
Jednostkę ciśnienia określa się ze wzoru (5.1). W SI za jednostkę ciśnienia przyjmuje się ciśnienie wywołane siłą 1 N, równomiernie rozłożoną na powierzchni o powierzchni 1 m 2 prostopadłej do niej. Ta jednostka ciśnienia nazywa się paskalem (Pa): 1 Pa = 1 N/m 2.
Często stosowane są następujące nieukładowe jednostki ciśnienia:
- atmosfera techniczna (at): 1 at=9,8·10 4 Pa;
- atmosfera fizyczna (atm) równa ciśnieniu wytwarzanemu przez słup rtęci o wysokości 760 mm. Jak pokazano w § 24, 1 atm = 1,033 atm = 1,013·10 5 Pa;
- milimetr rtęci (mm Hg): 1 mm Hg. Sztuka. » 133,3 Pa;
- bar (w meteorologii używa się milibarów); 1 bar=10 5 Pa, 1 mbar=10 2 Pa.
Prawo Pascala dla cieczy i gazów
Ciała stałe przenoszą nacisk wywierany na nie z zewnątrz w kierunku siły wywołującej to ciśnienie. Ciecze i gazy przenoszą ciśnienie zewnętrzne zupełnie inaczej.
Rozważ następujący eksperyment (ryc. 48). W pojemniku zamkniętym korkiem znajduje się woda. Do korka wkładane są trzy rurki o jednakowej średnicy, których dolne otwory znajdują się w wodzie na tej samej głębokości, ale skierowane w różnych kierunkach (w dół, na boki i do góry), a także rurka, która nie sięga wody, do którego podłączona jest gumowa butelka z rozpylaczem. Wpompowując za jego pomocą powietrze do naczynia, zwiększamy ciśnienie wywierane przez powietrze na powierzchnię wody w naczyniu. Zauważamy, że we wszystkich trzech rurach woda podnosi się do tej samej wysokości. Stąd, nieruchoma ciecz znajdująca się w zamkniętym naczyniu przenosi wywierane na nią ciśnienie zewnętrzne równomiernie we wszystkich kierunkach(tj. bez zmian).
Obserwacje pokazują, że ciśnienie zewnętrzne i gazy w zamkniętym naczyniu również przenoszą. Opisany wzór został po raz pierwszy odkryty przez francuskiego naukowca Pascala i został nazwany Prawo Pascala.
Ciśnienie hydrostatyczne
Na każdą cząsteczkę cieczy znajdującą się w polu grawitacyjnym Ziemi działa siła grawitacji. Pod wpływem tych sił każda warstwa cieczy naciska na warstwy znajdujące się pod nią. Zgodnie z prawem Pascala ciśnienie to jest przenoszone przez płyn jednakowo we wszystkich kierunkach. Stąd, W cieczach występuje ciśnienie spowodowane grawitacją.
Z obserwacji wynika, że ciecz znajdująca się w naczyniu w stanie spoczynku wywiera nacisk na dno i ścianki naczynia oraz na każde ciało zanurzone w tej cieczy. Nazywa się ciśnieniem wywieranym przez płyn w stanie spoczynku na dowolną powierzchnię, która się z nim styka hydrostatyczny.
Wzór na ciśnienie hydrostatyczne
Ciśnienie hydrostatyczne można wyznaczyć za pomocą przyrządu zwanego wagą hydrostatyczną Pascala (ryc. 49). W stojaku P, przez który przechodzi rura pierścieniowa K, istnieje możliwość hermetycznego zamknięcia naczyń C o dowolnym kształcie, które nie posiadają dna. Dnem ruchomym tych zbiorników jest płaska okrągła platforma D zawieszona na belce równoramiennej podziałki, usytuowana w pobliżu dolnego otworu rury K. Platforma ta dociskana jest do końca rury siłą wywołaną faktem polega na tym, że na szalce wagi zawieszonej na drugiej belce umieszcza się odważnik G. Do P przymocowana jest linijka L, która służy do określenia wysokości h cieczy w naczyniu zamontowanym na stojaku.
Eksperyment przeprowadza się w ten sposób. Na stojaku zamocowane jest naczynie w kształcie prostego, okrągłego cylindra. Wlewa się do niej wodę, aż masa tej wody zrówna się z ciężarem odważnika umieszczonego na prawej szalce wagi, tj. R w = R g. (Utrzymanie tej ilości wody jest automatycznie zapewnione przez samo urządzenie, ponieważ jeśli masa wody w naczyniu przekroczy ciężar ciężarka, dno lekko się otworzy i nadmiar wody wypłynie.)
W naczyniu cylindrycznym masa cieczy P l = r f ghS, gdzie f = rf to gęstość cieczy, g to przyspieszenie ziemskie, h to wysokość słupa cieczy, S to powierzchnia podstawy cylindra, dlatego ciecz wywiera nacisk na dno naczynia
p=P f /S= r f gh. (5.2)Wzór (5.2) określa wartość ciśnienia hydrostatycznego.
Teoretyczne wyprowadzenie wzoru na ciśnienie hydrostatyczne
Wybierzmy stacjonarny element jego objętości znajdujący się w spoczynkowym płynieDV w postaci prostego okrągłego walca o wysokości h z podstawami o małej powierzchniDS, równolegle do swobodnej powierzchni cieczy (ryc. 50). Górna podstawa cylindra znajduje się od powierzchni cieczy na głębokości h 1, a dolna podstawa znajduje się na głębokości h 2 > h 1.
Na wybrany element objętości cieczy działają pionowo trzy siły: siły nacisku F 1 = p 1 DS i F 2 = p 2 DS (gdzie p 1 i p 2 to wartości ciśnienia hydrostatycznego na głębokościach h 1 i h 2) i grawitacja F t = rg DV = rgh DS.
Zidentyfikowany przez nas element objętości płynu znajduje się w spoczynku, co oznacza F 1 + F 2 + F t = 0, a zatem suma algebraiczna rzutów tych sił na oś pionową również jest równa zeru, tj. p 2 DS-p 1 DS-rgh DS=0, skąd dochodzimy
p 2 - p 1 = rgh. (5.3)Niech teraz górna krawędź wybranej cylindrycznej objętości cieczy zbiegnie się z powierzchnią cieczy, tj. godz.1 =0. Następnie h 2 = h i p 2 = p, gdzie h to głębokość zanurzenia, a p to ciśnienie hydrostatyczne na danej głębokości. Zakładając, że ciśnienie p 1 =0 na powierzchni cieczy (tj. bez uwzględnienia ciśnienia zewnętrznego na powierzchni cieczy), z (5.3) otrzymujemy wzór na ciśnienie hydrostatyczne p =rgh, co pokrywa się ze wzorem (5.2).
Statki komunikacyjne
Naczynia, pomiędzy którymi znajduje się kanał wypełniony cieczą, nazywane są naczyniami połączonymi. Obserwacje pokazują, że w naczyniach połączonych dowolnego kształtu jednorodna ciecz zawsze ustala się na tym samym poziomie.
Różne ciecze zachowują się inaczej nawet w połączonych naczyniach o tym samym kształcie i wielkości. Weźmy dwa cylindryczne naczynia łączące o tej samej średnicy (ryc. 51), wylej na ich dno warstwę rtęci (zacienioną), a na nią wlej do cylindrów ciecz o różnej gęstości, na przykład r 2
Wybierzmy w myślach, wewnątrz rurki łączącej naczynia połączone i wypełnionej rtęcią, obszar o powierzchni S, prostopadły do powierzchni poziomej. Ponieważ ciecze znajdują się w spoczynku, ciśnienie w tym obszarze po lewej i prawej stronie jest takie samo, tj. p 1 = p 2 . Zgodnie ze wzorem (5.2) ciśnienie hydrostatyczne p 1 = r 1 gh 1 i p 2 = r 2 gh 2 . Porównując te wyrażenia, otrzymujemy r 1 h 1 2 h 2 , z czego= r
godz. 1 / godz. 2 = r 2 / r 1. (5.4)W rezultacie w naczyniach połączonych umieszcza się różne ciecze w stanie spoczynku w taki sposób, że wysokość ich kolumn okazuje się odwrotnie proporcjonalna do gęstości tych cieczy.
Jeśli r 1 = r 2, to ze wzoru (5.4) wynika, że h 1 = h 2, tj. jednorodne ciecze są instalowane w naczyniach połączonych na tym samym poziomie.
Zasada działania prasy hydraulicznej
Prasa hydrauliczna składa się z dwóch połączonych naczyń o cylindrycznym kształcie i różnych średnicach, w których znajdują się tłoki o różnych obszarach S 1 i S 2 (S 2 >> S 1). Cylindry napełniane są ciekłym olejem (najczęściej olejem transformatorowym). Prasę hydrauliczną pokazano schematycznie na ryc. 52 (ten rysunek nie pokazuje zbiornika oleju i układu zaworów).
Bez obciążenia tłoki znajdują się na tym samym poziomie. Na tłok S1 działa siła F1, a pomiędzy tłokiem S2 a górną podporą umieszcza się korpus przeznaczony do wciśnięcia.
Siła F 1, działająca na tłok S 1, wytwarza dodatkowe ciśnienie p = F 1 / S 1 w cieczy. Zgodnie z prawem Pascala ciśnienie to jest przenoszone przez płyn we wszystkich kierunkach bez zmian. W rezultacie siła nacisku działa na tłok S2 F 2 = pS 2 = F 1 S 2 /S 1.Z tej równości wynika, że
F 2 /F 1 = S 2 / S 1. (5.5)W rezultacie siły działające na tłoki prasy hydraulicznej są proporcjonalne do powierzchni tych tłoków. Dlatego za pomocą prasy hydraulicznej można uzyskać przyrost siły, tym większy, że S 2 jest większy niż S 1 .
Prasa hydrauliczna jest szeroko stosowana w technologii.2.5.2. Najprostsze maszyny hydrauliczne.
Prasa hydrauliczna. Rysownik
2.5.1. Przyrządy do pomiaru ciśnienia
Piezometry. Zanurzmy otwarte na obu końcach rurki szklane w „absolutnie” spoczynkowej cieczy, tak aby ich dolne końce pokrywały się z punktami u (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 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, prasowania, 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. Jeśli 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.
Siłę wytwarza się zwykle 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. Redukcja ta jest uwzględniana we współczynniku przydatna akcja naciskać -. Nowoczesne prasy hydrauliczne rozwijają siły do 100 000 ton i więcej.
- W kontakcie z 0
- Google+ 0
- OK 0
- Facebook 0
