Номер 1, страница 147 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

1. Как устроена гидравлическая машина?

1. Как устроена гидравлическая машина?

Гидравлическая машина — это устройство, используемое для создания больших сжимающих усилий, работа которого основана на законе Паскаля. Она позволяет получить значительный выигрыш в силе.

Устройство:
Простейшая гидравлическая машина представляет собой два сообщающихся цилиндрических сосуда разного радиуса, герметично закрытых поршнями. Пространство под поршнями и в соединительной трубке заполнено жидкостью (чаще всего специальным маслом).

Принцип действия:
Работа машины основана на законе Паскаля: давление, производимое на жидкость или газ в замкнутом объеме, передается в любую точку без изменений во всех направлениях.

Когда на малый поршень площадью $S_1$ прикладывается сила $F_1$, в жидкости создается давление $\text{p}$: $p = \frac{F_1}{S_1}$

Согласно закону Паскаля, это же давление $\text{p}$ действует на все стенки сосуда, включая и большой поршень площадью $S_2$. Таким образом, на большой поршень со стороны жидкости действует выталкивающая сила $F_2$: $F_2 = p \cdot S_2$

Подставив в это выражение формулу для давления, получим: $F_2 = \frac{F_1}{S_1} \cdot S_2 = F_1 \cdot \frac{S_2}{S_1}$

Так как площадь большого поршня $S_2$ больше площади малого $S_1$, то сила $F_2$ будет во столько же раз больше силы $F_1$. Выигрыш в силе, который дает гидравлическая машина, равен отношению площадей поршней: $\frac{F_2}{F_1} = \frac{S_2}{S_1}$

При этом, согласно "золотому правилу механики", выигрывая в силе, мы проигрываем в расстоянии. Объем жидкости, вытесненной малым поршнем при его опускании на высоту $h_1$, равен объему, на который поднимается большой поршень на высоту $h_2$: $V = S_1 \cdot h_1 = S_2 \cdot h_2$ Отсюда следует, что отношение высот обратно пропорционально отношению сил: $\frac{h_1}{h_2} = \frac{S_2}{S_1} = \frac{F_2}{F_1}$ Во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в перемещении.

Гидравлические машины широко применяются в технике, например: в гидравлических прессах, домкратах, тормозных системах автомобилей, в приводах строительной и дорожной техники (экскаваторы, бульдозеры).

Ответ: Гидравлическая машина состоит из двух соединенных между собой цилиндров разного диаметра с поршнями, заполненных жидкостью. Принцип ее действия основан на законе Паскаля: прикладывая небольшую силу к малому поршню, создается давление, которое передается по всей жидкости и действует на большой поршень, создавая на нем силу, во столько раз большую, во сколько раз площадь большого поршня больше площади малого.