液压千斤顶原理知识

  千斤顶 液压千斤顶原理知识 由于 17 世纪时不存在牙膏管,因此,人们怀疑布雷斯· 帕斯 卡(Blaise Pascal,1623-1662,法国著名的科学家和哲学家) 是否提出了帕斯卡原理,是否每天早晨都在冥思苦想它的功能。 不过,可以肯定的是,许多与液体静压力有关的其他效应都逃 不出他的注意力,首先就是液压起重机的原理。 很久之前,工程师们就利用过这种类型的机器,今天,只要在 停车场或者加油站,就可以看到液压起重机,利用它使出一个 孩子的力气就能将一辆汽车抬起来。让我们看看这种器械是如 何工作的,并设法自己制作一个器械以供实验之用。 请看图 2。用一根管手将两个充满了液体(水或油)的容器连 起来。其中一 个容器截面 很大,另一个 容器截面则 很小,假设它 比前一个截 面小 1000 倍。 如果用一个 活塞(A)向下压截面小的容器液面,液体就受到了一个压力,这 个压力的强度会按照原来的大小传递到液体表面的任何其他部 分,当然也包括在大截面容器里与活塞(B)接触的液体的表面。 压强等于作用力除以作用面积。 根据帕斯卡原理,活塞 A 下的压强与活塞 B 下的压强相等,又由 于活塞 B 下的面积比活塞 A 下的大 1000 倍,在它上面的作用力 就应比在 A 上的作用力也大 1000 倍。 因此, 为了将一辆 1 吨重的 汽车抬起来,只要 1 公斤的作用力就够了。液压制动器、压缩机、 汽车的千斤顶、水泵等许多器械都得益于这一原理。 验证帕斯卡原理的小实验 利用两个去掉了针头的注射器,我们就可以在家里制作一个这类 小型液压装置。 用一个截面为 5 平方厘米输血用的粗注射器和一 个截面为 0.5 平方厘米的很小的注射器,将它们的开口用又粗又 短的管子连起来。根据帕斯卡原理,力的转化系数大约为 10。将 水、油或其他的液体灌满注射器,即两个活塞中间的全部空间,注意将气泡排除掉。然后请你的朋友用大姆指挤压 两个活塞中的一个,你同时用大拇指挤压另一个活塞。我们可以将这个小小的游戏取名为“铁大拇指的较量”,或者 叫“帕斯卡大拇指的较量”。当然,谁挤压细小的注射器,谁就会不费力气地取胜。如果你有一定的创造力和做实验 的才能,就可以用一个弹簧测力计或者称东西的磅秤(如图 3 所示) ,想方设法去测量在挤压两个活塞中的一个时 (或者用一个重量比活塞与注射器管壁之间的摩擦力大的砝码)所施加的压力,验证一下帕斯卡原理,看看两边的 压力是否相等。不要忘记从测到的数值中减去挤压注射器之前已存在的值,相当于这一系统的活动部分,即液体加 上活塞的重量。最后,如果你想验证作为压力器的这种装置的效能,可在磅秤盘子与大活塞之间放上一个核桃:你 将会看到挤压一下小注射器的活塞就能轻易地将核桃压碎。 用这种小机器就能完成“海格立斯”那样的伟业。准备好一个充满液体的封闭木桶(不要留有空气,因为空气在压力 下会被压缩) ,就可以开始向你的朋友们演示了。将盛满液体的木桶同一支同样也灌满液体的小注射器和小管子连 起来,你将看到后两者能将木桶瞬间击碎。我们试着算一笔账:一支截面为 0.5 平方厘米的普通注射器,用大拇 指施加在活塞上的压力为 20 公斤(用磅秤验证一下,达到此重量并不难) ,结果出来的压强竟是 40 个大气压!很 少有木桶能承受住这样的压强。一位农民遗憾地发现了这种现象。他想通过一根很长的细管子将珍贵的葡萄酒从自 己的乡间农舍输送到低 30 多米的山脚下的一位朋友家里。一切都很顺利:朋友家的酒桶灌满了葡萄酒,但随后液 体管子内的压力很快使木桶破碎,葡萄酒浸泡了房子。 1—杠杆手柄 2—小油缸 3—小活 塞 4,澳门游戏.7—单向阀 5—吸油管 6, 帕斯卡定律: 加在密闭液体任一部分 10—管道 的压强,必然按其原来的大小,由液 体向各个方向传递 8—大活塞 9—大油缸 11—截止 发现定理 阀 12 —油箱 1651~1654 年,帕斯 卡研究了液体静力学和空气的重力 的各种效应。经过数年的观察、实验 和思考,综合成《论液体的平衡和空 气的重力》一书。提出了著名的帕斯 卡定律(或称帕斯卡原理),即;加 在密闭液体任何一部分上的压强, 必 然按照其原来的大小由液体向各个方向传递。著名科 学史家沃尔夫称, 帕斯卡的这一发现是 17 世纪力学发 展的一个重要里程碑。帕斯卡在此书中详细讨论了液 体压强问题。在第一章中,帕斯卡叙述了几种实验, 它们的结果表明,任何水柱,不论直立或倾斜,也不 论其截面积的大小,只要竖直高度相同,则施加于水 柱底部的某一已知面积的活塞上的力也相同。这一个 力实际上是液体所受的重力。书中详细叙述了密封容 器中的流体能传递压强,讨论了连通器的原理。帕斯卡利用一个充水的容器,它有两个圆筒形的出口,除此之外, 其他部分都封闭。两个出口的截面积相差 100 倍,在每一个出口的圆筒中放入一个大小刚好适合的活塞,则小活 塞上一个人施加的推力等于大活塞上 100 人所施加的推力,因而可以胜过大活塞上 99 个人施加的推力,不管这 两个出口大小的比例如何,只要施加于两个活塞上的力和两个出口的大小成比例,则水的平衡就可以实现。帕斯 卡在书中一一叙述了密闭液体、压强不变、向各方 传递等帕斯卡定律的基本点。 此书是帕斯卡于 1653 年写成 的,但直到他逝世后的第二年 ----1663 年才首次面世。 帕斯卡是在大量观察、实验的基础上,又用虚功原理加 以;证明才发现了帕斯卡定律的。在帕斯卡做过的大量实验中,最着名的一个是这样的:他用一个木酒桶,顶端 开一个孔,孔中插接一根很长的铁管子,将接插口密封好。实验的时候,酒桶中先权满水,然后慢慢地往铁管子 里注几杯水,当管子中的水柱高达几米的时候,就见木桶突然破裂,水从裂缝中向四面八方喷出。 帕斯卡定律 的发现,为流体静力学的建立奠定了基础 。帕斯卡还在这一定律的基础上提出了连通器的原理和后来得到广泛应 用的水压机的最初设想。他又指出器壁上所受的、由于液体重力而产生的压强,仅仅与深度有关;他用实验,并 从理论上解释了与此有关的液体静力学佯谬现象。他在一周之内就突击读完了欧几里得《几何原本》的前六本, 并还能把它应用于力学。 1653 年,他进入牛津大学里奥尔学院做工读生。他没有取得学士学位,而是在 1663 年获得文学硕士学位。 斯卡定律是流体(气体或液体)力学中,指封闭容器中的静止流体的某一部分发生的压强变化,将毫无损失 地传递至流体的各个部分和容器壁。 帕斯卡首先阐述了此定律。 压强等于作用力除以作用面积。 根据帕斯卡原理, 在水力系统中的一个活塞上施加一定的压强,必将在另一个活塞上产生相同的压强增量。如果第二个活塞的面积 是第一个活塞的面积的 10 倍,那么作用于第二个活塞上的力将增大为第一个活塞的 10 倍,而两个活塞上的压 强仍然相等。水压机就是帕斯卡原理的实例。它具有多种用途,如液压制动等。帕斯卡还发现:静止流体中任一 点的压强各向相等,即该点在通过它的所有平面上的压强都相等。这一事实也称作帕斯卡原理(定律)。