Номер 2, страница 175 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вспомните, как работает гидравлический пресс. Объясните на основе закона Паскаля принцип действия этого устройства.

Принцип действия гидравлического пресса основан на законе Паскаля. Этот закон гласит, что давление, производимое на жидкость или газ в замкнутом объеме, передается в любую точку этой жидкости или газа без изменений во всех направлениях.

Конструктивно гидравлический пресс состоит из двух соединенных между собой цилиндров разного диаметра, которые заполнены жидкостью (чаще всего специальным маслом). В каждом цилиндре находится поршень. Пусть площадь малого поршня равна $S_1$, а площадь большого поршня — $S_2$.

Работает устройство следующим образом:

1. На малый поршень прикладывается сила $F_1$. Эта сила создает под поршнем давление $p_1$, которое рассчитывается по формуле:

$p_1 = \frac{F_1}{S_1}$

2. В соответствии с законом Паскаля, это давление $p_1$ передается по всему объему жидкости одинаково и действует на все стенки сосуда, включая и большой поршень. Таким образом, давление под большим поршнем $p_2$ будет равно давлению под малым поршнем $p_1$:

$p_2 = p_1$

3. Давление $p_2$ действует на большой поршень с площадью $S_2$ и создает силу $F_2$:

$F_2 = p_2 \cdot S_2$

4. Объединив эти формулы, мы получаем основное равенство для гидравлического пресса:

$\frac{F_1}{S_1} = \frac{F_2}{S_2}$

Из этого равенства можно выразить силу $F_2$, которая действует на большой поршень:

$F_2 = F_1 \cdot \frac{S_2}{S_1}$

Поскольку площадь большого поршня $S_2$ больше площади малого $S_1$, то отношение $\frac{S_2}{S_1}$ больше единицы. Это означает, что сила $F_2$, действующая на большой поршень, во столько же раз больше силы $F_1$, приложенной к малому поршню. Таким образом, гидравлический пресс дает выигрыш в силе, равный отношению площадей поршней. Это позволяет, прикладывая небольшое усилие к малому поршню, создавать огромное давление и поднимать тяжелые грузы или спрессовывать материалы с помощью большого поршня.

Ответ: Принцип действия гидравлического пресса основан на законе Паскаля. Давление, создаваемое малой силой на малый поршень, передается через жидкость без изменений на большой поршень. Так как площадь большого поршня больше, то и сила, действующая на него, оказывается во столько же раз больше приложенной силы, во сколько раз площадь большого поршня больше площади малого ($F_2/F_1 = S_2/S_1$). Это позволяет получать значительный выигрыш в силе.