Номер 15, страница 17, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава IV. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Плавание тел. Параграф 17. Давление жидкостей и газов. Закон Паскаля - номер 15, страница 17.

Условие.

15. Расскажите о принципе действия гидравлического пресса. На каком известном вам законе основано действие этого пресса? Почему гидравлический пресс даёт выигрыш в силе?

Решение.

Расскажите о принципе действия гидравлического пресса. Гидравлический пресс представляет собой машину, состоящую из двух соединенных между собой цилиндров разного сечения, которые заполнены жидкостью (чаще всего маслом). В каждом цилиндре находится поршень. Принцип действия основан на приложении небольшой силы к поршню малого диаметра. Эта сила создает давление в жидкости. Согласно закону Паскаля, это давление передается без изменений в каждую точку жидкости и на стенки сосуда, включая поверхность большого поршня. Поскольку площадь большого поршня значительно превышает площадь малого, сила, действующая на него со стороны жидкости, оказывается во столько же раз больше, во сколько раз его площадь больше площади малого поршня. Таким образом, гидравлический пресс позволяет преобразовывать малую приложенную силу в большую.

Ответ: Принцип действия гидравлического пресса заключается в использовании жидкости для передачи давления от малого поршня к большому, что позволяет получить значительное увеличение силы на выходе за счет разницы в площадях поршней.

На каком известном вам законе основано действие этого пресса? В основе работы гидравлического пресса лежит закон Паскаля. Этот фундаментальный закон гидростатики утверждает, что давление, производимое на жидкость или газ в замкнутом объеме, передается в любую точку этой среды одинаково по всем направлениям.

Ответ: Действие гидравлического пресса основано на законе Паскаля.

Почему гидравлический пресс дает выигрыш в силе? Выигрыш в силе в гидравлическом прессе объясняется законом Паскаля и разницей в площадях поршней. Давление $\text{p}$ под малым поршнем, создаваемое силой $F_1$, приложенной к его площади $S_1$, равно $p_1 = F_1/S_1$. Это давление передается жидкости и действует на большой поршень площадью $S_2$, создавая силу $F_2$. Давление под большим поршнем равно $p_2 = F_2/S_2$.
Согласно закону Паскаля, $p_1 = p_2$, следовательно:
$F_1/S_1 = F_2/S_2$
Из этой пропорции можно выразить силу, действующую на большой поршень:
$F_2 = F_1 \cdot \frac{S_2}{S_1}$
Поскольку по конструкции пресса площадь большого поршня $S_2$ больше площади малого $S_1$, то отношение $\frac{S_2}{S_1}$ всегда больше единицы. Это означает, что сила $F_2$ на большом поршне будет во столько раз больше приложенной силы $F_1$, во сколько раз площадь большого поршня больше площади малого.

Ответ: Выигрыш в силе достигается потому, что одинаковое давление в жидкости действует на поршни разной площади, в результате чего возникают силы, пропорциональные этим площадям. Так как площадь большого поршня больше, то и действующая на него сила оказывается больше.