Груз какой массы можно поднять такой машиной

7 класс

Глава 3. Давление твёрдых тел. жидкостей и газов
§ 49. Гидравлический пресс

Закон Паскаля позволяет объяснить действие гидравлической машины (от греч. гидравликос — водяной). Это машины, действие которых основано на законах движения и равновесия жидкостей.

Основной частью гидравлической машины служат два цилиндра разного диаметра, снабжённые поршнями и соединённые трубкой (рис. 144). Пространство под поршнями и трубку заполняют жидкостью (обычно минеральным маслом). Высоты столбов жидкости в обоих цилиндрах одинаковы, пока на поршни не действуют силы.

Допустим теперь, что F₁ и F₂ — силы, действующие со стороны поршней на жидкость, S₁ и S₂ — площади поршней. Давление под первым (малым) поршнем равно , а под вторым . По закону Паскаля давление покоящейся жидкостью во все стороны передаётся без изменений, т. е.

,
.

Следовательно, сила F₂ во столько раз больше силы F₁, во сколько раз площадь большого поршня больше площади малого. Например, если площадь большого поршня 500 см 2 , а малого 5 см 2 и на малый поршень действует сила 100 H, то на большой поршень будет действовать сила, в 100 раз большая, т. е. 10 000 Н.

Таким образом, с помощью гидравлической машины можно малой силой уравновесить большую силу.

Отношение F₂ / F₁ показывает выигрыш в силе. Например, в приведённом примере выигрыш в силе равен 10 000 Н / 100 Н = 100.

Гидравлическую машину, служащую для прессования (сдавливания), называют гидравлическим прессом.

Гидравлические прессы применяются там, где требуется большая сила. Например, для выжимания масла из семян на маслобойных заводах, для прессования фанеры, картона, сена. На металлургических заводах гидравлические прессы используют при изготовлении стальных валов машин, железнодорожных колёс и многих других изделий. Современные гидравлические прессы могут развивать силу в десятки и сотни миллионов ньютонов.

Устройство гидравлического пресса схематически показано на рисунке 145.

Прессуемое тело 1 кладут на платформу, соединённую с большим поршнем 2. При помощи малого поршня 3 создаётся большое давление на жидкость. Это давление без изменения передаётся в каждую точку жидкости, заполняющей цилиндры (закон Паскаля). Поэтому такое же давление действует и на поршень 2. Ho так как площадь поршня 2 больше площади поршня 3, то и сила, действующая на него, будет больше силы, действующей на поршень 3. Под действием этой силы поршень 2 будет подниматься. При подъёме поршня 2 тело упирается в неподвижную верхнюю платформу и сжимается. При помощи манометра 4 измеряют давление жидкости, предохранительный клапан 5 автоматически открывается, когда давление превышает допустимое значение.

Из малого цилиндра в большой жидкость перекачивается повторными движениями малого поршня 3. Это осуществляется так. При подъёме малого поршня клапан 6 открывается, и в пространство, находящееся под поршнем, засасывается жидкость. При опускании малого поршня под действием давления жидкости клапан 6 закрывается, а клапан 7 открывается, и жидкость переходит в большой сосуд.

Вопросы:

1. Какой закон используют в устройстве гидравлических машин?

2. Какой выигрыш в силе даёт гидравлический пресс (при отсутствии трения)?

Упражнения:

Упражнение № 25

1. На рисунке 146 изображена упрощённая схема гидравлического подъёмника (гидравлического домкрата), где 1 — поднимаемое тело, 2 — малый поршень, 3 — клапаны, 4 — клапан для опускания груза, 5 — большой поршень. Груз какой массы можно поднять такой машиной, если известно, что площадь малого поршня 1,2 см 2 , большого — 1440 см 2 , а сила, действующая на малый поршень, может достигать 1000 Н? Трение не учитывать.

2. В гидравлическом прессе площадь малого поршня 5 см 2 , площадь большого — 500 см 2 . Сила, действующая на малый поршень, 400 Н, на большой — 36 кН. Какой выигрыш в силе даёт этот пресс? Почему пресс не даёт максимального (наибольшего) выигрыша в силе? Какой выигрыш в силе должен был бы давать этот пресс при отсутствии силы трения между поршнем и стенками пресса?

3. Можно ли создать машину, подобную гидравлической, используя вместо воды воздух? Ответ обоснуйте.

Задания:

1. На рисунке 147 изображена схема автомобильного гидравлического тормоза, где 1 — тормозная педаль, 2 — цилиндр с поршнем, 3 — тормозной цилиндр, 4 — тормозные колодки, 5 — пружина, 6 — тормозной барабан. Цилиндры и трубки заполнены специальной жидкостью.

На малый поршень гидравлической машины действует сила 120 Н .Груз какой массы может поднять большой поршень?Площади поршней

s2 = 300 см 2 — площадь большого поршня гидравлической машины.

Требуется определить m (килограмм) — груз какой массы сможет поднять большой поршень.

Так как единицы измерения площади сократятся в процессе решения, то перевод единиц в систему СИ не требуется. Найдем вес тела, которое сможет поднять большой поршень:

F1 / s1 = F2 / s2, отсюда получаем, что:

F2 = F1 * s2 / s1 = 120 * 300 / 20 = 120 * 30 / 2 = 60 * 30 = 1800 Ньютон.

Тогда масса тела будет равна:

m = F2 / g, где g = 10 Ньютон/килограмм (приблизительное значение).

m = 1800 / 10 = 180 килограмм.

Ответ: большой поршень гидравлической машины сможет поднять груз, равный 180 килограмм.

Груз какой массы можно поднять такой машиной

ГДЗ ответы по физике 7 класс к учебнику Перышкин, Дрофа — Ответы к §49 Гидравлический пресс. ГДЗ по физике 7 класс учебник Перышкин, Дрофа

• ГДЗ ответы по физике 7 класс к учебнику Перышкин, Дрофа
• Ответы к §1
• §2
• §3
• §4
• §5
• §6
• Проверь себя
• §7
• §8
• §9
• §10
• §11
• §12
• §13
• Проверь себя
• §14
• §15
• §16
• §17
• §18
• §19
• §20
• §21
• §22
• §23
• §24
• §25
• §26
• §27
• §28
• §29
• §30
• §31
• §32
• §33
• §34
• Проверь себя
• §35
• §36
• §37
• §38
• §39
• §40
• §41
• §42
• §43
• §44
• §45
• §46
• §47
• §48
• §49
• §50
• §51
• §52
• §53
• §54
• Проверь себя
• §55
• §56
• §57
• §58
• §59
• §60
• §61
• §62
• §63
• §64
• §65
• §66
• §67
• §68
• Лабораторная работа №1
• Лабораторная работа №2
• Лабораторная работа №3
• Лабораторная работа №4
• Лабораторная работа №5
• Лабораторная работа №6
• Лабораторная работа №7
• Лабораторная работа №8
• Лабораторная работа №9
• Лабораторная работа №10
• Лабораторная работа №11

§49. Гидравлический пресс

1. Какой закон используют в устройстве гидравлических машин?

Закон Паскаля, где давление распределяется в одном слое и на всю поверхность равномерно, по всему объему, позволяет понять действия многих гидравлических машин.

2. Какой выигрыш в силе даёт гидравлических пресс (при отсутствии трения)?

Отношения площадей поршней, меньшего и большего, дает выигрыш в давлении на площадь, а значит в итоге в силе.
$\frac>> = \frac>>$

Упражнение 25

1. На рисунке 146 изображена упрощённая схема гидравлического подъёмника (гидравлического домкрата), где
1 — поднимаемое тело,
2 — малый поршень,
3 — клапаны,
4 — клапан для опускания груза,
5 — большой поршень.
Груз какой массы можно поднять такой машиной, если известно, что площадь малого поршня 1,2 $см^<2>$, большого — 1440 $см^<2>$, а сила, действующая на малый поршень, может достигать 1000 Н? Трение не учитывать.

рис. 146

2. В гидравлическом прессе площадь малого поршня 5 $см^<2>$, площадь большого — 500 $см^<2>$. Сила, действующая на малый поршень, 400 Н, на большой — 36 кН. Какой выигрыш в силе даёт этот пресс? Почему пресс не даёт максимального (наибольшего) выигрыша в силе? Какой выигрыш в силе должен был бы давать этот пресс при отсутствии силы трения между поршнем и стенками пресса?

Дано:
$S_<1>$ = 5 $см^<2>$;
$S_<2>$ = 500 $см^<2>$;
$F_<1>$ = 400 Н;
$F_<2>$ = 36 кН;
$\frac>>$− ?
$\frac>>$ − ?
Решение:
Выигрыш в силе с учётом силы трения:
$\frac>>$ = $\frac<36000><400>$ = 90;
Максимальный выигрыш в силе в отсутствие силы трения:
$\frac>>$ = $\frac<500><5>$ = 100.
Гидравлический пресс не даёт максимального (наибольшего) выигрыша в силе, так как часть силы теряется на преодоление силы трения в большом цилиндре, где она более значимая, чем в маленьком.
Ответ. 90; 100.

3. Можно ли создать машину, подобную гидравлической, используя вместо воды воздух? Ответ обоснуйте.

Да, можно, и такие машины есть. Такие системы и машины называются пневматическими.
У них есть ряд преимуществ и недостатков. Преимущества в том, что не требуется дорогостоящая жидкость, которая скажем может замерзнуть или вытечь. При этом работа таких машин более плавная и усилие как правило создаются меньшие, за счет сжатия газа, изменения его объема. Это активно используется в системах, которые могут травмировать человека. Открывание и закрывание дверей в автобусе и электричке.
Минусом опять же является плавность работы и низкие рабочие давления. При этом если повышать давление до бесконечности, то газ может изменить свою агрегатную форму до жидкой.

Задание

1. На рисунке 147 изображена схема автомобильного гидравлического тормоза, где:
1 — тормозная педаль,
2 — цилиндр с поршнем,
3 — тормозной цилиндр,
4 — тормозные колодки,
5 — пружина,
6 — тормозной барабан.
Цилиндры и трубки заполнены специальной жидкостью. Расскажите по этой схеме, как действует тормоз.

рис. 147

При нажатии на педаль тормоза создается давление в цилиндре с поршнем, на машине он называется главным тормозным цилиндром. Давление распределяется по всей системе и достигает тормозного цилиндра, называемого рабочим. В итоге из рабочего цилиндра выдвигаются поршни, которые упираются в колодки, а те в свою очередь в тормозной барабан. Барабан замедляет свое вращение или вовсе фиксируется под действием сил трения, происходит торможение данным колесом. Как правило, главный тормозной цилиндр имеет две такие камеры, по одной камере на два колеса. И в итоге, 4 контура (линии) от главного цилиндра и до каждого колеса передают давление и управляют рабочими тормозными цилиндрами.

2. Используя Интернет, подготовьте презентацию на тему «Гидравлический домкрат в быту »

Слайд 1.
Название презентации «Гидравлический домкрат в нашей жизни»

Слайд 2.
Общий вид домкрата.
Описание. Гидравлический домкрат — переносной или стационарный передвижной грузоподъемный механизм для подъема и фиксации на заданной высоте тяжелых предметов.
Домкрат может использоваться как самостоятельное устройство при выполнении ремонтных или строительных работ, так и в составе более сложных механизмов (кранов, подъемников, прессов и т.д.)

Слайд 3.
Схема устройства гидравлического домкрата.

Цилиндр — корпус, который является и рабочим механизмом, и емкостью для хранения масла.
5 — поршень с пятой 1 на конце, в верхней части цилиндра, выполняющий подъем объекта.
Насос с поршнем 2 – обеспечивает давление жидкости поступающей под поршень 5, через обратные клапана 3.
4 — винт для сброса давления.

Слайд 4.
Принцип работы гидравлического домкрата.
1. Давим на рычаг и нагнетаем рабочую жидкость поршнем 2 в цилиндр. Гидравлическая жидкость, перемещаясь в цилиндр через обратный клапан 3, увеличивает давление на поршень, в результате чего пытается его вытолкнуть, приводим его в движение.
2. Вместе с поршнем 5 перемещается шток с подъемной пятой 1. Клапан 4 не позволяет маслу перетекать обратно в корпус, так как он закрыт.
3. Для спуска штока и груза, как раз и открываем клапан 4, который позволяет жидкости перетечь в основной резервуар. Поршень опускается вместе с грузом.

Слайд 5.
Достоинства гидравлических домкратов.
— простота эксплуатации и конструкции (время от времени требуется замена уплотнителей)
— значительная грузоподъемностью до 100-120 тонн;
— высокий КПД, так как затрата здесь только на силы трения поршней в цилиндрах;
— возможность дозированно и плавно поднимать груз;
— жесткость, устойчивость и компактность конструкции;

Слайд 6.
Недостатки.
− низкая скорость подъема;
− незначительная высота подъема;
− применение гидравлической жидкости;
− сложно поймать степень опускания груза;
− требуется механическая страховка, так как возможна внезапная поломка, которая приведет к спуску груза.

Слайд 7.
Виды гидравлических домкратов.
− классические бутылочные (одноштоковые и телескопические) для индивидуального использования;
− подкатные, часто используются для шиномонтажных станций;
− специальные гидравлические домкраты:
а)ромбовые
б)двухуровневые
в)зацепные.

Слайд 8.
Гидравлический домкрат в быту.
Такой домкрат наиболее часто используется в гаражных условиях для поднятия автомобилей. В частных гаражах, на шиномонтажных станциях, на СТО.
Используют на стройке для поднятия грузов, для прокладки трубопроводов, в промышленности, при спасательных работах.
Гидравлический домкрат, это универсальный механизм, который можно использоваться в жизненных ситуациях, где необходимо поднятие груза.

• Назад
• Вперед

• Вы здесь:  
• 7 класс />
• Физика />
• ГДЗ ответы по физике 7 класс к учебнику Перышкин, Дрофа

Гидравлический пресс

Насос — это не единственное устройство, принцип работы которого построен на явлении давления жидкости и газов. Большое количество гидравлических машин повсеместно используется человеком.

На данном уроке вы узнаете, что представляет из себя гидравлическая машина и гидравлический пресс, узнаете об их устройстве и принципе работы.

Гидравлическая машина

Чтобы рассмотреть устройство гидравлического пресса, сначала дадим определение гидравлической машины.

Определение

Гидравлическая машина (от греческого «гидравликос» — «водяной») — это машина, действие которой основано на законах движения и равновесия жидкостей и объясняется законом Паскаля.

Устройство

Гидравлическая машина в основе представляет собой два цилиндра разного диаметра, в каждом из которых имеется поршень (рисунок 1). Цилиндры соединены между собой трубкой и заполнены жидкостью (чаще всего минеральным маслом).

Принцип работы

Цилиндры представляют собой сообщающиеся сосуды, высота столба жидкости в них будет одинакова, пока поршни находятся в состоянии покоя.

Теперь рассмотрим ситуацию, когда на поршни действуют некоторые силы $F_1$ и $F_2$. При этом $S_1$ и $S_2$ — площади поршней. По определению давления мы уже знаем, что $p = \frac$.

Тогда давление, оказываемое меньшим поршнем, определяется по формуле:
$p_1 = \frac$.

А давление, оказываемое большим поршнем:
$p_2 = \frac$.

Эти сосуды соединены между собой. Значит, по закону Паскаля:
$p_1 = p_2$ или
$\frac = \frac$.

Разделим каждую часть равенства на $F_1$ и умножим на $S_2$, чтобы получить необходимую формулу.

Сила $F_2$ больше силы $F_1$ во столько раз, во сколько раз площадь большего поршня $S_2$ больше площади меньшего $S_1$:
$\frac = \frac$.

Например, если площадь большого поршня $300 \space см^2$, а маленького $3 \space см^2$ и на него действует сила $100 \space Н$, то на большой поршень будет действовать сила $10 \space 000 \spaceН$:
$\frac<10 \space 000 \space Н><100 \space Н>=\frac<300 \space см^2><3 \space см^2>$.

Показательное отношение $\frac$ называют выигрышем в силе. Другими словами, с помощью гидравлической машины можно малой силой уравновесить большую силу.

Гидравлический пресс

Определение

Гидравлический пресс — это гидравлическая машина, служащая для сдавливания (прессования).

Гидравлические прессы (рисунок 2) эффективно работают для преобразования малой силы в большую. Они используются для спрессовывания семян при изготовлении масла, для склеивания строительных материалов, для штамповки ювелирных изделий. Современные гидравлические прессы могут развивать силу в сотни миллионов ньютонов.

Устройство и принцип работы

Рассмотрим устройство гидравлического пресса (рисунок 3).

Усложняем схему устройства гидравлической машины. Теперь над большим поршнем 2 имеется платформа, куда мы помещаем прессуемое тело 1.

С помощью малого поршня 3 мы создаем большое давление на жидкость. Оно также начинает действовать на поршень 2. Происходит это потому, что давление передается без изменения в каждую точку жидкости (закон Паскаля).

Площадь поршня 2 больше площади поршня 3. Поэтому и сила, действующая на него, будет больше (давление одинаковое). Под действием этой силы поршень 2 начинает подниматься и придавливает прессуемое тело к неподвижной верхней платформе.

Здесь же установлен манометр 4 для контроля давления жидкости и предохранительный клапан 5. Клапан автоматически открывается, когда давление превышает максимально допустимое в данном устройстве значение.

При повторяющихся движениях поршня 3 жидкость снова попадает из малого цилиндра в большой. Малый поршень поднимается и открывается клапан 6. Тогда пространство под поршнем моментально заполняется жидкостью. Когда же малый поршень 3 опускается, клапан 6 закрывается под давлением жидкости, а клапан 7 открывается. Так жидкость снова оказывается в большом сосуде.

Гидравлический тормоз

Еще одной известной разновидностью гидравлических машин является гидравлический тормоз. На данный момент практически все автомобили оснащены гидравлическими тормозами.

На рисунке 4 изображена схема автомобильного гидравлического тормоза, где 1 — тормозная педаль, 2 — цилиндр с поршнем, 3 — тормозной цилиндр, 4 — тормозные колодки, 5 — пружина, 6 — тормозной барабан. Цилиндры и трубки заполнены специальной жидкостью. Рассмотрим принцип работы этого устройства.

Водитель ногой создает давление на педаль тормоза 1. Это действие передается на поршень цилиндра с тормозной жидкостью 2. По закону Паскаля это давление передается одинаково во все тормозные цилиндры колес автомобиля. Под давлением жидкости подвижные поршни, находящиеся в тормозном устройстве 3, расходятся и прижимают тормозные колодки 4 к тормозному барабану 6 — вращение колес прекращается. Пружина 5 позволяет колодкам вернуться в исходное состояние, когда водитель убирает ногу с педали тормоза.

Гидравлический домкрат

Другое распространенное устройство — гидравлический домкрат (рисунок 5). Принцип действия домкрата идентичен принципу действия гидравлического пресса, но с помощью него можно поднимать очень тяжелые предметы.

Жидкостью здесь выступает гидравлическое масло, а также имеется нагнетательный и спускной клапаны.

Упражнения

Упражнение №1

На рисунке 6 изображена упрощенная схема гидравлического подъемника (разновидности гидравлического домкрата), где 1 — поднимаемое тело, 2 — малый поршень, 3 — клапаны, 4 — клапан для опускания груза, 5 — большой поршень. Груз какой массы можно поднять такой машиной, если известно, что площадь малого поршня $1.2 \space см^2$, большого — $1440 \space см^2$, а сила, действующая на малый поршень, может достигать $1000 \space Н$? Трение не учитывать.

Дано:
$S_1 = 1.2 \space см^2$
$S_2 = 1440 \space см^2$
$F_1 = 1000 \space Н$
$g = 9.8 \frac<Н><кг>$

Посмотреть решение и ответ

Решение:

Гидравлический подъемник является разновидностью гидравлической машины. Поэтому мы можем использовать следующее равенство, которое мы получили на данном уроке:
$\frac = \frac$,
где $F_2 = gm$ — сила, с которой поднимаемое тело действует на большой поршень.

Выразим массу груза и рассчитаем ее:
$\frac = \frac$,
$m = \frac$,
$m = \frac<1000 \space Н \cdot 1440 \space см^2 \cdot ><9.8 \frac<Н> <кг>\cdot 1.2 \space см^2> \approx 122 \space 000 \space кг \approx 120 \space т$.

Ответ: $m = \approx 120 \space т$.

Упражнение №2

В гидравлическом прессе площадь малого поршня $5 \space см^2$, площадь большого — $500 \space см^2$. Сила, действующая на малый поршень, равна $400 \space Н$, на большой — $36 \space кН$. Какой выигрыш в силе дает этот пресс? Почему пресс не дает максимального (наибольшего) выигрыша в силе? Какой выигрыш в силе должен был бы давать этот пресс при отсутствии силы трения между поршнем и стенками пресса?

Дано:
$S_1 = 5 \space см^2$
$S_2 = 500 \space см^2$
$F_1 = 400 \space Н$
$F_2 = 36 \space кН = 36 \space 000 \space Н$

Посмотреть решение и ответ

Решение:

Рассчитаем реальный выигрыш в силе, который мы получаем при использовании данного гидравлического пресса:
$\frac = \frac<36 \space 000 \space Н> <400 \space Н>= 90$.
Получается, что мы имеем выигрыш в силе в 90 раз.

Но в реальной жизни при движении поршней возникает сила трения. Какой выигрыш в силе мы бы получили, если бы ее не было?
Используем соотношение площадей поршней:
$\frac = \frac<500 \space см^2> <5 \space см^2>= 100$.
Это максимальный выигрыш в силе, который бы мы получили при отсутствии силы трения между поршнями и стенками пресса.

Ответ: $\frac =90$, $\frac = 100$.

Упражнение №3

Можно ли создать машину, подобную гидравлической, используя вместо воды воздух? Ответ обоснуйте.

Ответ:

Гидравлические машины действуют на основе закона Паскаля. А этот закон применим не только для жидкостей, но и для газов. Поэтому, да, такую машину можно создать.

Примером подобной машины может служить пневматическая подвеска автомобиля.

Похожие публикации:

1. Как записать образ на диск через ultraiso
2. Как заправить картриджи hp deskjet 2130
3. Как сканировать документ на компьютер через сканер
4. Приложение которое убирает музыку но оставляет голос