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

1. Изобразите принципиальную схему гидравлического домкрата на основе схем гидравлической машины, гидравлического пресса. Поясните принцип действия гидравлического домкрата (рис. 137).

Рис. 137. Домкрат гидравлический подкатной, производство РК. г. Алматы

1. Решение

Принципиальная схема гидравлического домкрата
Гидравлический домкрат, как и гидравлический пресс, представляет собой систему из двух сообщающихся цилиндров разного диаметра, заполненных гидравлической жидкостью (обычно маслом).

Принципиальная схема включает в себя следующие основные элементы:
1. Малый цилиндр (насосный) с малым поршнем (плунжером) площадью $S_1$. К этому поршню через рычаг прикладывается внешнее усилие.
2. Большой цилиндр (рабочий) с большим поршнем площадью $S_2$, который непосредственно поднимает груз.
3. Резервуар (емкость), служащий для хранения рабочей жидкости.
4. Система клапанов, обеспечивающая направленное движение жидкости:
- Всасывающий клапан между резервуаром и малым цилиндром.
- Нагнетательный клапан между малым и большим цилиндрами.
5. Перепускной (спускной) клапан, при открытии которого жидкость из большого цилиндра возвращается в резервуар, обеспечивая опускание груза.
6. Рычаг (рукоятка), который используется для многократного приложения усилия к малому поршню.

Принцип действия гидравлического домкрата
Принцип действия домкрата основан на законе Паскаля. Этот закон утверждает, что давление, оказываемое на поверхность жидкости в замкнутом объеме, передается ею одинаково во всех направлениях.

Когда оператор нажимает на рычаг, к малому поршню площадью $S_1$ прикладывается сила $F_1$. Эта сила создает в жидкости давление $\text{p}$:
$p = \frac{F_1}{S_1}$

Это давление, согласно закону Паскаля, передается без изменений во все точки жидкости, в том числе и под большой поршень площадью $S_2$. В результате на большой поршень начинает действовать выталкивающая сила $F_2$:
$F_2 = p \cdot S_2$

Подставив выражение для давления, получаем:
$F_2 = \frac{F_1}{S_1} \cdot S_2 = F_1 \cdot \frac{S_2}{S_1}$

Так как площадь большого поршня $S_2$ во много раз больше площади малого $S_1$, то и создаваемая подъемная сила $F_2$ будет во столько же раз больше приложенной силы $F_1$. Отношение $\frac{S_2}{S_1}$ и есть выигрыш в силе, который дает гидравлическая система.

Процесс работы (по циклам):
1. Рабочий ход (нажатие на рычаг): Малый поршень движется вниз, создавая высокое давление в малом цилиндре. Всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный — открывается. Порция жидкости перекачивается в большой цилиндр, заставляя большой поршень и груз на нем немного подняться.
2. Обратный ход (поднятие рычага): Малый поршень движется вверх. В малом цилиндре создается разрежение. Нагнетательный клапан закрывается под давлением столба жидкости в большом цилиндре, а всасывающий клапан открывается, и новая порция жидкости из резервуара поступает в малый цилиндр.

Многократное повторение этих циклов (качание рычага) позволяет постепенно поднять груз на необходимую высоту.

3. Опускание груза: Для опускания открывается перепускной клапан, который соединяет большой цилиндр напрямую с резервуаром. Под действием веса груза жидкость вытесняется из-под большого поршня обратно в резервуар, и домкрат плавно опускается.

Ответ: Принцип действия гидравлического домкрата основан на законе Паскаля: давление, создаваемое малой силой на поршень малой площади, передается жидкости и создает большую силу на поршне большой площади. Это позволяет получить значительный выигрыш в силе, пропорциональный отношению площадей поршней ($\frac{F_2}{F_1} = \frac{S_2}{S_1}$), и поднимать тяжелые грузы с приложением относительно небольшого усилия.