Номер 1, страница 154 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Задание 32. § 45. Гидравлический пресс. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 1, страница 154.

1. Используя Интернет или другие источники информации, найдите, как устроен автомобильный гидравлический домкрат (рис. 149). Расскажите, как действует такое устройство.

1. Решение

Автомобильный гидравлический домкрат — это устройство для подъема тяжелых грузов, в частности автомобилей, использующее принцип гидравлического усиления.

Устройство гидравлического домкрата

Гидравлический домкрат, показанный на рисунке (бутылочный тип), состоит из нескольких ключевых компонентов. Корпус устройства одновременно служит резервуаром для рабочей жидкости (гидравлического масла) и является его основанием. Внутри корпуса находятся два цилиндра. Рабочий цилиндр — это большой цилиндр, в котором движется рабочий поршень (шток), непосредственно поднимающий груз. Насосный цилиндр — малый цилиндр, в котором с помощью рычага перемещается плунжер (малый поршень). Движение жидкости регулируется клапанной системой, состоящей из всасывающего и нагнетательного клапанов. Для опускания груза предусмотрен перепускной (спускной) клапан.

Принцип действия гидравлического домкрата

Работа домкрата основана на законе Паскаля, который гласит, что давление, производимое на жидкость, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Давление $p$ определяется как отношение силы $F$ к площади $S$, на которую эта сила действует: $p = F/S$. В домкрате используются два сообщающихся цилиндра с поршнями разной площади: малый (плунжер) с площадью $S_1$ и большой (рабочий) с площадью $S_2$.

Поскольку давление $p$ в жидкости одинаково, $p_1 = p_2$, то справедливо соотношение $F_1/S_1 = F_2/S_2$, где $F_1$ — сила, приложенная к малому поршню, а $F_2$ — сила, действующая на большой поршень. Отсюда можно выразить силу, действующую на большой поршень: $F_2 = F_1 \cdot (S_2/S_1)$. Так как площадь большого поршня $S_2$ намного больше площади малого $S_1$, домкрат обеспечивает значительный выигрыш в силе.

Процесс работы

Подъем груза происходит при качании рычага. Когда рычаг движется вверх, плунжер поднимается, создавая разрежение. Открывается всасывающий клапан, и масло из резервуара поступает в насосный цилиндр. Когда рычаг движется вниз, плунжер создает высокое давление. Всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный открывается, и масло перекачивается в рабочий цилиндр под большой поршень. Это давление толкает большой поршень вверх, поднимая груз. Цикл повторяется, и груз поднимается ступенчато.

Опускание груза осуществляется путем плавного открытия перепускного клапана. Это создает канал для возврата масла из рабочего цилиндра в резервуар. Под действием веса груза большой поршень опускается.

Ответ: Гидравлический домкрат состоит из корпуса (резервуара), двух цилиндров с поршнями разной площади (малого насосного и большого рабочего), рычага и системы клапанов. Его действие основано на законе Паскаля: давление, создаваемое малым поршнем (плунжером) с помощью рычага, передается через рабочую жидкость (масло) на большой поршень. Так как площадь большого поршня значительно больше площади малого, развиваемая им сила во столько же раз превышает приложенную силу, что позволяет поднимать тяжелые грузы. При движении рычага вверх масло засасывается из резервуара в малый цилиндр. При движении вниз масло под давлением выталкивается в большой цилиндр, поднимая поршень с грузом. Для опускания открывается перепускной клапан, и масло под весом груза возвращается в резервуар.