Покладемо злегка надуту зав’язану повітряну кульку під ковпак повітряного насоса. Якщо з-під ковпака відкачувати повітря, то об’єм кульки почне збільшуватись.
Чому так відбувається?
При відкачуванні повітря кількість молекул під ковпаком зменшується, а всередині зав’язаної кульки їхня кількість не змінюється. Під впливом ударів молекул об внутрішні стінки кулька роздувається. Куляста форма свідчить про те, що тиск усередині кульки однаковий в усіх напрямках.
Тиск газу на стінки посудини створюється численними ударами по них молекул газу. Збільшення кількості і сили ударів на поверхню одиничної площі приведе до збільшення тиску газу.
Перший спосіб – зменшити об’єм газу.
Другий спосіб – збільшити температуру газу.
Зменшення тиску газу буде відбуватись у разі збільшення його об’єму або зменшення температури. Для зберігання і транспортування газів їх сильно стискають, тиск зростає, тому їх розміщують в міцні сталеві балони. Балони ні в якому разі не можна нагрівати (наприклад, тримати під прямими променями сонця).
Рідини зберігають об’єм, але легко змінюють свою форму – вони набувають форми тієї посудини, в якій містяться. Тому рідина створює тиск як на дно, так і на бічні стінки посудини, в якій міститься. В будь-якій точці всередині рідини тиск рідини є однаковим у всіх напрямках.
Закон Паскаля: Тиск, створюваний на поверхню нерухомої рідини, передається рідиною однаково в усіх напрямках.
Паскаль спопуляризував парадокс Паскаля своїми дослідами. Він продемонстрував цей парадокс у 1648. Паскаль вставив в закриту діжку, наповнену водою, тонку трубку і, піднявшись на балкон другого поверху, влив у цю трубку кухоль води. Через малий діаметр трубки вода в ній піднялася до великої висоти, і тиск у діжці збільшився настільки, що кріплення діжки не витримали, і вона почала пропускати воду через щілини. Це явище пояснюється основним рівнянням гідростатики, згідно з яким тиск залежить від глибини занурення (висоти стовпа рідини), але не залежить від її кількості у посудині та форми посудини.
Гідравлічними називаються пристрої (машини, механізми), дія яких ґрунтується на законах руху і рівноваги рідин. Дію гідравлічних машин можна пояснити на основі закону Паскаля. Будь-яка гідравлічна машина складається з двох заповнених рідиною резервуарів (циліндрів), що сполучаються один з одним. Якщо на поверхню рідини у циліндрі І через поршень площею S1 подіяти з якоюсь силою, вона спричинить на рідину тиск. Цей тиск за законом Паскаля передаватиметься рідині у циліндрі II без зміни. Тиск у циліндрі II буде такий самий. Щоб рідина, була у стані рівноваги, на поршень II має діяти така сила, щоб створений нею тиск дорівнював: p=F1/S1=F2/S2. Отже, F2/F1=S2/S1.
Сила, що діє з боку рідини на великий поршень, є більшою від сили, що діє на малий поршень, у стільки разів, у скільки разів площа великого поршня більша від площі малого. Відношення F2/F1 – це виграш у силі за допомогою гідравлічної машини. Гідравлічна машина дозволяє одержати значний виграш у силі, який залежить від відношення площ поршнів: чим більше різнитимуться між собою площі поршнів, тим більший виграш у силі матимемо.
Гідравлічний прес – це найпростіша гідравлічна машина, яка використовується для створення великих сил стиснення. Гідравлічний підйомник дозволяє, приклавши невелику силу, підняти важкий автомобіль.
Тут А1 і А2 - площі поршнів.
Першими гідравлічними машинами, що застосовувалися ще в давнину, були насоси для подачі води у водопроводи й фонтани: всмоктувальні та нагнітальні. Підняття рідини за поршнем лежить в основі роботи всмоктувальних насосів, що піднімають воду з колодязів. Насос складається із циліндра, усередині якого ходить угору й униз припасований до стінок поршень. У нижній частині циліндра й у самому поршні встановлені клапани, що відкриваються тільки нагору. Під час руху поршня нагору вода під дією атмосферного тиску входить у трубу, піднімає нижній клапан і рухається за поршнем.
Нагнітальний насос складається з поршня, циліндра, двох клапанів, труби, повітряних камер. У нагнітальному насосі всмоктування води під час кожного зворотного руху поршня змінюється нагнітанням води в трубу водогону. Поршневий компресор – це теж нагнітальний повітряний насос, поршень якого приводиться в дію двигуном. Компресор подає стиснене повітря в пневматичні інструменти.
Найпростіший вакумний насос: Класична ручна водяна помпа підіймає воду з свердловини, створюючи вакуум:
Шланговий або перистальтичний насос – основними робочими елементами шлангового насоса є шланг з гнучкого матеріалу (гума, пластмаса) та ролики, які набігають на нього та обтискують. При обертанні вала, на якому закріплено ролики, стиснутий переріз шланга переміщується та переміщує порції рідини від всмоктувальної частини до нагнітальної. Вал та ролики не стикаються з рідиною, що дозволяє перекачувати агресивні розчини. Подача регулюється зміною частоти обертання вала.
Насос пластинчастий — насос шиберний, шибери якого виконано у формі пластин. У насосах дворазової дії, завдяки наявності двох протилежно розташованих порожнин, ротор розвантажено від сил тиску, а підвід рідини до камер та відвід з них здійснюють через торцеві вікна статора.
Домашнє завдання.
§23, Вправа 23 (8);
Задача 1. Гідравлічний домкрат піднімає машину вагою 20 кН. До малого поршня домкрата прикладають силу 400 Н. Чому дорівнює площа великого поршня, якщо площа малого – 2 см2?
дод.: Задача 2. Вантаж якої маси можна підняти за допомогою гідростатичного домкрата, площі поршнів якого дорівнюють 1,2 см2 і 1440 см2, якщо сила, що діє на малий поршень домкрата, може досягти 1000 Н? Тертя не враховувати.
Задача 3. Гідравлічним підйомником підняли контейнер масою 300 кг на висоту 4 см. Малий поршень опустився на 24 см. Яку силу при цьому прикладали до нього?