ماشین های هیدرولیکی

• سه سرنگ کوچک، متوسط و بزرگ

در جلسات گذشته با شکل فوق آشنا شدید و سعی کردیم برای نیروی اعمالی به دو پیستون رابطه ای پیدا کنیم.
در این جلسه می خواهیم روابط مربوطه را بررسی کنیم.
همان طور که گفته شد، به دلیل تراکم ناپذیری آب، فشار اعمالی به یک طرف عینا به طرف دیگر منتقل می شود به عبارتی می توان این طور برداشت کرد که تغییر فشار در دو طرف ظرف یکسان است:

در جلسات قبل با رابطه فشار آشنا شدیم. دانستیم که فشار با نیرو نسبت مستقیم و با سطح مقطع نسبت عکس دارد. با جایگزاری رابطه فشار در معادله فوق داریم:

که در این جا می توانیم به بررسی ارتباط میان سطح مقطع و نیروی دو پیستون بپردازیم.
برای داشتن شناخت دقیق تر، سیستم هیدرولیکی که در جلسه اول درست کردید را مجدد لازم داریم.

  فعالیت1:
اکنون قلم و کاغذ خود را بردارید و آزمایش های زیر را انجام دهید.
هنگامی که سرنگ کوچک در یک سو و سرنگ بزرگ در سوی دیگر است، فشردن کدام سرنگ به نیروی بیشتری نیاز دارد؟
به جابه جایی ها نیز دقت کنید. در حالت های مختلف میزان جابه جایی های سرنگ ها را بررسی کنید.
می توان با توجه به آزمایش فوق و روابط گفته شده چنین نتیجه گیری کرد. هر چه قدر سطح مقطع پیستون بیشتر باشد، نیروی اعمالی نیز بیشتر خواهد بود.

 مساله:
در شکل بالا، اگر مساحت یک پیستون 1 متر مربع باشد و نیروی اعمالی به آن 50 نیوتون رو به پایین باشد، در پیستون دیگر که مساحت آن 6 مترمربع است چه نیرویی اعمال می شود؟ در کدام جهت؟
علاوه بر نیرو در آزمایش هایی که انجام دادید، مشاهده کردید که جابه جایی پیستون سرنگ ها نیز متفاوت است.
نکته ای که هست، حجمی از آب که در فشرده شدن پیستون اول جا به جا می شود برابر است با حجمی که پیستون دوم را به بالا می راند. پس علاوه بر فشار، حجم مایع نیز ثابت است.

که ∆d میزان جابه جایی پیستون است و A مساحت سطح مقطع آن.

پس برای دو طرف ظرف داریم:

فعالیت2:
پیستون یرنگ را روی کاغذی بگذارید و دور آن را با خودکاری خط بکشید به طوری که شکل دایره ای سر پیستون روی کاغذ بیفتد. آیا می توانید با استفاده از یک خط کش شعاع تقریبی را اندازه گرفته و مساحت آن را حساب کنید؟

  فعالیت3:
پس از محاسبه مساحت سطح مقطع پیستون های بزرگ و کوچک، آزمایش را بار دیگر تکرار کنید. پیستون کوچک را حدود 1 سانتی متر بفشارید. پیستون بزرگ چقدر جابه جا می شود؟ آیا بر اساس رابطه فوق می باشد؟

ترمز ماشین:
به شکل زیر که ساختار یک ترمز ماشین را نشان می دهد توجه کنید:

همان طور که در شکل می بینید، سیستم ترمز خودرو نیز هیدرولیک است. یک پیستون که مستقیم به پدال ترمز وصل است و با فشار پا به درون فشرده می شود. دو پیستون کوچک که به لنت های ترمز متصل اند و نیروی پا را از طریق مایع دریافت کرده و به بیرون رانده می شوند.

  فعالیت4:
به نظر شما در اینجا جهت انتقال نیرو از چع مایعی استفاده می شود. در این مورد تحقیق کنید و در کلاس گفتگو کنید. چرا از آب استفاده نمی شود؟
کاربرد معروف دیگری از هیدرولیک در جک های بالابر هیدرولیکی است.

همان طور که در شکل می بینید، پیستونی که ماشین را جابه جا می کند بزرگ تر از دیگری است. به نظر شما دلیل این موضوع چیست؟

  مساله:
اگر مکانیکی توان آن را داشته باشد که نیروی 50 نیوتون (معدل وزن یک جسم 5 کیلوگرمی) وارد کند تا یک ماشین را روی جک بلند کند، نسبت مساحت دو پیستون چقدر باید باشد؟ (فرض کنید که وزن یک ماشین 500 کیلوگرم و به عبارتی نیرویی معادل 5000 نیوتون برای بلند کردن آن لازم است.)
بررسی کنی از نیروی هیدرولیک دیگر در چه جاهایی استفاده می شود؟ می توانید مجموعه ای از عکس های آن ها را به کلاس بیاورید. در سیستم های هیدرولیک بیشتر از روغن استفاده می شود. بررسی کنید که دلیل آن چیست؟

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