تبیان، دستیار زندگی
در این جلسه می خواهیم فیزیک و قوانین مربوط به فشار در مایعات را بررسی کنیم. این مبحث در واقع اساس کار سیستم هیدرولیکی است.
عکس نویسنده
عکس نویسنده
نویسنده : سارا قیصری
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

ماشین های هیدرولیکی

فیزیک هیدرولیک_ جلسه دوم

اهداف:

  • بررسی فیزیک و قوانین مربوط به فشار در مایعات

وسایل مورد نیاز:

  • سرنگ
  • یک لیوان آب

در این جلسه می خواهیم فیزیک و قوانین مربوط به فشار در مایعات را بررسی کنیم. این مبحث در واقع اساس کار سیستم هیدرولیکی است.
اگر آزمایش جلسه پیش را انجام داده باشید، احتمالا دریافته اید که اندازه سرنگ توانست در میزان انتقال نیرو و نیز میزان جابه جایی موثر باشد.
سرنگی برداشته و طبق شکل زیر انگشت خود را سر آن گذاشته و پیستون را فشار دهید.

فیزیک هیدرولیک_ جلسه دوم


چه چیزی را مشاهده می کنید؟ بله پیستون تا جایی جلو می رود ولی از یک نقطه به بعد فشردن آن بسیار دشوار می شود.


  فعالیت 1:
در کلاس در مورد دلیل این موضوع بحث کنید. چرا پیستون توانست تا حدی جلو برود ولی از این بیشتر ممکن نبود. در حالی که در ظاهر چیزی درون سرنگ نبود؟
آزمایش فوق را این بار با سرنگی پر از آب تکرار کنید. این بار چطور؟ آیا سرنگ را توانستید فشرده کنید؟
به نظر شما تفاوت دو آزمایش فوق در چیست؟ شباهتشان چیست؟
آیا می توان گفت سرنگ اول خالی نبوده، بلکه در آن هوا بود؟ آیا می توان اینطور نتیجه گرفت که هوا که نوعی گاز است می تواند تا حدی متراکم شود و حجم آن کم شود، اما حجم آب ثابت است و نمی توان آن را متراکم کرد؟

فیزیک هیدرولیک_ جلسه دوم

آیا می توان این طور جمع بندی نمود که گاز ها و مایعات که هر دو نوعی سیال هستند و ویژگی مشترک هر دو نداشتن شکل مشخص است، از نظر تراکم پذیری با هم متفاوت هستند؟ آیا می توان گفت که گاز ها تراک پذیرند و مایعات تراکم ناپذیر؟
در مورد این نکات در کلاس گفتگو کرده و در صورت نیاز در اینترنت نیز به جستجو بپردازید.

مفهوم فشار:
تا این جا دانستیم که مایعات تراکم ناپذیر هستند و احتمالا به همین دلیل است که می توان از آن ها برای انتقال نیرو استفاده کرد. چون هنگامی که نیرویی به آن ها منتقل می شود آن را کامل منتقل می کنند در حالی که در گازها بخشی از نیرو صرف متراکم شدن خود گاز می شود.
برای درک بهتر این موضوع می توانید آزمایشی انجام دهید.


  فعالیت 2:
یک تکه فنر 5 سانتی متری یا بزرگتر بر دارید. تکه چوبی هم اندازه با فنر نیز پیدا کنید. اکنون سعی کنید آجری را یک بار با چوب و یک بار با فنر هل دهید. چه چیزی مشاهده می کنید؟ چرا؟ کدامیک یک نیروی ما را بهتر به آجر انتقال داد؟
اما منظور از فشار چیست؟
آیا تا به حال پیش آمده فردی با کفش پاشنه دار روی پای برود؟ به نظر شما درد آن بیشتر است یا درد اینکه همان فرد با کفش ورزشی روی پایتان برود؟ تفاوت این دو حالت در چیست؟
درست است! سطح مقطع آن. وقتی نیرویی را به یک مقطع کوچم وارد می کنیم، قدرت و یا اصطلاحا فشار بیشتری احساس می شود و برعکس. رابطه زیر ارتباط فشار با نیروی وارده و سطح مقطع را به شما نشان می دهد:

فیزیک هیدرولیک_ جلسه دوم

که در این رابطه، F نیروی وارده، A سطح مقطع و P فشار را نشان می دهد. بنابراین با توجه A و P با هم نسبت عکس و Fو P نسبت مستقیم دارند. 

فیزیک هیدرولیک_ جلسه دوم

اکنون به شکل زیر توجه کنید. در این جا ساختاری را که از دو پیستون تشکیل شده مشاهده می کنید. مایع درون ظرف کاملا محدود است و به بیرون راهی ندارد. شباهت این با سیستم هیدرولیکی که درست کردید در چیست؟

فیزیک هیدرولیک_ جلسه دوم

هنگامی که در چنین ساختاری به پیستون اول نیرویی وارد می کنیم، این نیرو از سطح مقطع پیستون به آب درون ظرف منتقل می شود و ایجاد فشار می کند. اما از آنجایی که گفته شد آب تراکم ناپذیر است، این فشار نمی تواند روی آب اثر بگذارد و دنبال راهی برای جبان و انتقال آن به بیرون می باشد. همان فشار از طرف آب به پیستون دوم منتقل می شود و با توجه به اندازه سطح مقطع آن، نیرویی وارد کرده و آن را به حرکت در می آورد.


 فعالیت 3:

آیا می توانید با توجه به مطالب گفته شده در مورد حرکت پیستون ها در ظرف فوق، با استفاده از رابطه P=F/A، به رابطه ای میان نیرو های اعمالی به دو پیستون برسید؟ اگر فردی نیرویی مثلا برابر با 10 نیوتون به پیستون اول (که کوچکتر است) وارد کند، به نظر شما نیروی اعمالی به پیستون دوم (بزرگتر) چقدر خواهد بود؟ بزرگتر است یا کوچکتر؟

تکلیف: ____

محل بازدید/ اردو/ خرید: ـــــــــــــــ
منابع مطالعه: _______

مطالب مرتبط:

ماشین های هیدرولیکی_ جلسه اول
فیزیک هیدرولیک_ جلسه دوم
قانون پاسکال و کاربرد آن در زندگی ما_ جلسه سوم
جرثقیل هیدرولیکی_ جلسه چهارم
جعبه با درب هیدرولیکی_ جلسه پنجم
پل بالا رونده هیدرولیکی_ جلسه ششم


بخش پروژه های دانش آموزی سایت تبیان
تهیه: سارا قیصری - تنظیم: علی سرمدی