7 класс Онлайн

Конспект по физике 7 класс параграф 45 + Ответы на вопросы. Краткое содержание § 45. ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРЕСС по учебнику Пёрышкина (базовый уровень). Конспект по пунктам параграфа. Код материалов: Физика Конспект №45.
Вернуться к Списку конспектов

Конспект § 45. ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРЕСС

§ 45 кратко (малый конспект)

Гидравлическая машина — это устройство, работающее на основе закона Паскаля. Оно состоит из двух соединённых цилиндров разного диаметра, заполненных жидкостью и снабжённых поршнями. Давление, создаваемое силой на малый поршень, передаётся без изменения жидкости и действует на большой поршень, что приводит к выигрышу в силе, прямо пропорциональному отношению площадей поршней. Это позволяет получать значительные усилия, например, для прессования материалов. В современных системах ручной привод малого цилиндра часто заменён насосом, а конструкция включает контрольные и предохранительные элементы (манометр, клапаны).

Большой конспект параграфа

Гидравлическая машина — техническое устройство, принцип действия которого основан на законе Паскаля. Оно состоит из двух цилиндров разного диаметра, соединённых трубкой и заполненных жидкостью (маслом), с плотно прилегающими поршнями.

Принцип работы:

1. Давление p, создаваемое силой F₁ на малый поршень площадью S₁ (p = F₁ / S₁), передаётся без изменения по всему объёму жидкости.
2. На большой поршень площадью S₂ действует та же сила давления, что создаёт силу F₂ = p S₂ = F₁ (S₂ / S₁).
3. Соотношение сил: F₂ / F₁ = S₂ / S₁. Поскольку S₂ > S₁, сила F₂ во столько же раз больше силы F₁. Это обеспечивает выигрыш в силе.

Пример: При S₁ = 2 см², F₁ = 240 Н и S₂ = 120 см²
сила F₂ = 14 400 Н (выигрыш в 60 раз).

Применение: Гидравлические прессы, тормоза, домкраты.

Гидравлический пресс создаёт высокое давление для обработки материалов:

1. Тело помещают на платформу с большим поршнем.
2. Малый поршень создаёт давление, которое передаётся большому, развивая значительную силу для сжатия.
3. Система клапанов (6 и 7) обеспечивает перекачку жидкости из малого цилиндра в большой при возвратно-поступательном движении малого поршня.
4. Манометр (4) контролирует давление, а предохранительный клапан (5) срабатывает при превышении нормы.

В современных системах (прессы, домкраты) вместо ручного малого цилиндра используются специальные насосы. Аналогичные насосы создают давление в системе смазки автомобильного двигателя и в гидравлических тормозных системах (дисковых и барабанных).

Это любопытно…

Гидравлический штамповочный пресс

• Это гигантская машина высотой 26,5 м (сравнимо с 8-этажным домом).
• Её движущаяся часть массой 1820 т создаёт усилие в 455 000 кН.
• За одно движение пресс штампует из листовой заготовки сложную и точную деталь самолёта — лонжерон крыла (длина 3200 мм, ширина 460 мм, толщина 4,8 мм).
• В России существуют ещё более мощные прессы с усилием до 700 000 кН.

Гидравлический тормоз автомобиля

• При нажатии на педаль тормоза давление от поршня главного цилиндра передаётся по жидкости во все рабочие (колёсные) цилиндры.
• Поршни в этих цилиндрах сдвигают тормозные колодки, которые прижимаются к барабанам и останавливают колёса.
• Ключевое преимущество гидравлической системы: сила равномерно распределяется на все колёса, что предотвращает занос автомобиля при торможении.
• После отпускания педали возвратные пружины отводят колодки и жидкость возвращается в главный цилиндр.

---

Вопросы на стр.153

❓ 1. Каковы устройство и принцип действия гидравлических машин?
Ответ: Устройство: гидравлическая машина состоит из двух цилиндров разного диаметра, соединённых трубкой и заполненных жидкостью (маслом), с плотно прилегающими поршнями. Принцип действия основан на законе Паскаля: давление, создаваемое силой на малый поршень, передаётся без изменения по всему объёму жидкости и действует на большой поршень, создавая увеличенную силу.

❓ 2. Как определить выигрыш в силе, который даёт гидравлический пресс (без учёта трения)?
Ответ: Выигрыш в силе определяется отношением площадей поршней. Согласно тексту, соотношение сил равно соотношению площадей: F₂ / F₁ = S₂ / S₁. Следовательно, чтобы найти выигрыш в силе, нужно разделить площадь большого поршня на площадь малого.

❓ 3. Используя текст параграфа, объясните принцип работы гидравлического пресса.
Ответ: Тело помещают на платформу с большим поршнем. При воздействии силы на малый поршень создаётся давление, которое передаётся по жидкости большому поршню. Благодаря разнице площадей, сила на большом поршне многократно возрастает, что позволяет сжимать материал. Система клапанов обеспечивает перекачку жидкости при возвратно-поступательном движении малого поршня.

№ 1. Нужно ли изменить конструкцию гидравлического пресса для его работы на Луне?
Ответ: Нет, принципиально изменять конструкцию не нужно. Гидравлический пресс работает на основе передачи давления в жидкости по закону Паскаля, который справедлив в любом гравитационном поле, включая лунное. Однако из-за меньшей силы тяжести на Луне могут потребоваться adjustments в системах, зависящих от веса жидкости (например, в открытых баках), но сама схема передачи давления через замкнутый объём жидкости останется работоспособной.

№ 2. Справедлив ли закон сообщающихся сосудов в условиях невесомости?
Ответ: Нет, в классическом виде (уравнивание уровней однородной жидкости под действием силы тяжести) закон сообщающихся сосудов в условиях невесомости не работает, так как сила тяжести отсутствует. Однако, если в невесомости на жидкость действуют другие силы (например, силы поверхностного натяжения или искусственно создаваемые ускорения), то распределение жидкости в сосудах будет определяться именно этими силами, а не гравитацией.

УПРАЖНЕНИЕ 28

№ 1(3). Какой выигрыш в силе можно получить на гидравлических машинах, у которых площади поршней относятся как 2 : 50?
Дано: S₁ : S₂ = 2 : 50.
Найти: Выигрыш в силе k = F₂ / F₁.
Решение: Выигрыш в силе равен отношению площадей поршней: k = S₂ / S₁ = 50 / 2 = 25.
Ответ: Выигрыш в силе составляет 25 раз.

№ 2(4). Площадь малого поршня гидравлического пресса 10 см2, на него действует сила 200 Н. Площадь большого поршня 200 см2. Какая сила действует на большой поршень?
Дано: S₁ = 10 см², F₁ = 200 Н, S₂ = 200 см².
Найти: F₂.
Решение: По принципу гидравлической машины: F₂ / F₁ = S₂ / S₁. Отсюда F₂ = F₁ (S₂ / S₁) = 200 Н (200 см² / 10 см²) = 200 Н * 20 = 4000 Н.
Ответ: На большой поршень действует сила 4000 Н.

№ 3(5). В гидравлической машине площади поршней равны 20 см2 и 200 см2. На малый поршень поставили гирю массой 2 кг. Гирю какой массы при этом сможет удержать большой поршень?
Дано: S₁ = 20 см², S₂ = 200 см², m₁ = 2 кг. g ≈ 9.8 Н/кг.
Найти: m₂.
Решение: Сила от малой гири: F₁ = m₁ g. Выигрыш в силе: k = S₂ / S₁ = 200 / 20 = 10. Сила на большом поршне: F₂ = F₁ k = m₁ g 10. Масса гири на большом поршне: m₂ = F₂ / g = (m₁ g 10) / g = m₁ 10 = 2 кг 10 = 20 кг.
Ответ: Большой поршень сможет удержать гирю массой 20 кг.

№ 4(6). * Малый поршень гидравлического пресса под действием силы 500 Н опустился на 15 см. При этом большой поршень поднялся на 5 см. Какая сила действует на большой поршень?
Дано: F₁ = 500 Н, h₁ = 15 см, h₂ = 5 см.
Найти: F₂.
Решение: При работе пресса объём жидкости, вытесненной из малого цилиндра, равен объёму, поступившему в большой: V₁ = V₂. Для цилиндров V = S h, поэтому S₁ h₁ = S₂ h₂. Отношение площадей: S₂ / S₁ = h₁ / h₂ = 15 см / 5 см = 3. Выигрыш в силе: F₂ / F₁ = S₂ / S₁ = 3. Следовательно, F₂ = F₁ 3 = 500 Н * 3 = 1500 Н.
Ответ: На большой поршень действует сила 1500 Н.

ЗАДАНИЕ 32

№ 1. Используя Интернет или другие источники информации, найдите, как устроен автомобильный гидравлический домкрат (рис. 149). Расскажите, как действует такое устройство.
Ответ: Автомобильный гидравлический домкрат — это устройство для поднятия тяжестей (автомобиля) на небольшую высоту. Он работает на основе закона Паскаля и принципа гидравлической машины.
Как он устроен:
1. Основной цилиндр (насос): Это цилиндр с небольшим поршнем (плунжером), который качает жидкость (обычно специальное масло). К нему прикреплена ручка-рычаг.
2. Подъёмный цилиндр (рабочий): Это цилиндр с поршнем большого диаметра, на который опирается подхват (площадка для автомобиля).
3. Резервуар с жидкостью: Бачок, из которого насос забирает масло.
4. Клапаны: В системе есть два важных клапана:
* Нагнетательный клапан: Пропускает жидкость из насоса в рабочий цилиндр, но не даёт ей вернуться обратно.
* Спускной (перепускной) клапан: Его открывают вручную, чтобы опустить домкрат. При открытии жидкость из рабочего цилиндра перетекает обратно в резервуар.

Как он действует:
1. Человек нажимает на ручку-рычаг. Рычаг давит на маленький поршень в основном цилиндре.
2. По закону Паскаля, давление, созданное этим поршнем, передаётся через несжимаемую жидкость во все стороны одинаково.
3. Это давление доходит до большого поршня в подъёмном цилиндре.
4. Так как площадь большого поршня во много раз больше площади маленького, то сила, действующая на большой поршень, будет во столько же раз больше (по формуле `F2/F1 = S2/S1`). Эта большая сила и поднимает автомобиль.
5. Чтобы опустить автомобиль, открывают спускной клапан, и жидкость под давлением груза вытекает из рабочего цилиндра обратно в бачок.
ИТОГ: Гидравлический домкрат использует закон Паскаля. Давление, созданное на маленький поршень насоса, передаётся жидкости и действует на большой поршень. Из-за разницы в площадях поршней сила на большом поршне увеличивается во много раз, что позволяет поднимать тяжёлый автомобиль.

№ 2. Изготовьте модель устройства с применением гидравлической машины, используя справочную литературу или Интернет. Объясните принцип его действия.
Ответ: Я предлагаю изготовить простую, но наглядную модель гидравлического пресса или гидравлического подъёмника из шприцев. Что понадобится:
* Два медицинских шприца разного объёма (например, на 2 мл и на 20 мл).
* Тонкая прозрачная трубка (от капельницы).
* Вода, подкрашенная пищевым красителем (для наглядности).
* Клей, картон, деревянные палочки для платформы.
Как изготовить:
1. Снимите поршни со шприцев. Наденьте трубку на носик маленького шприца.
2. Заполните шприц и часть трубки подкрашенной водой, чтобы не было пузырьков воздуха.
3. Присоедините трубку ко второму (большому) шприцу, также предварительно заполненному водой.
4. Установите шприцы вертикально на деревянную или картонную основу поршнями вверх.
5. На большой поршень можно положить небольшую платформу из картона, а на неё — лёгкий груз (ластик, монету).
Объяснение принципа действия:
1. Когда я нажимаю на поршень маленького шприца, я создаю давление на жидкость.
2. По закону Паскаля это давление передаётся по трубке к большому шприцу.
3. Давление действует на поршень большого шприца. Так как его площадь больше, то и сила, которая на него действует, будет больше.
4. Большой поршень поднимается и поднимает платформу с грузом. Моя маленькая сила превращается в большую подъёмную силу.
5. Если нажать на большой поршень, то маленький, наоборот, выдвинется с большей скоростью, но с меньшей силой.
ИТОГ: Модель гидравлического пресса из шприцев наглядно демонстрирует принцип гидравлической машины: выигрыш в силе за счёт разницы площадей поршней при передаче давления через жидкость.

№ 3. Понаблюдайте за работой автопогрузчика или самосвала. В их конструкции использованы принципы гидравлической машины. Какие?
Ответ:
► В автопогрузчике:
1. Подъём вил: Основная задача — поднять тяжёлый груз. Для этого используется гидравлический цилиндр (или несколько). Насос создаёт давление в масле, которое подаётся в цилиндр. Поршень цилиндра, связанный с рамой вил, выдвигается и поднимает груз с выигрышем в силе.
2. Наклон мачты: Чтобы груз не упал при движении, всю мачту с вилами можно наклонять вперёд или назад. Это тоже делается с помощью гидравлических цилиндров.
► В самосвале:
1. Подъём кузова: Чтобы выгрузить песок или щебень, нужно поднять огромный тяжёлый кузов. Под платформой кузова установлен мощный гидравлический цилиндр (телескопический, состоящий из нескольких секций). Масло под высоким давлением от насоса поступает в этот цилиндр, и его поршень выдвигается, упираясь в раму и поднимая кузов.
Общий принцип: И в погрузчике, и в самосвале используется главное свойство гидравлической машины — способность преобразовывать небольшую силу (создаваемую двигателем через насос) в очень большую силу на рабочем органе (вилах, кузове). Это возможно благодаря несжимаемости жидкости и разнице площадей поршней в насосе и рабочем цилиндре (хотя в технике часто используется один насос и распределитель).
ИТОГ: В автопогрузчике гидравлические цилиндры используются для подъёма вил и наклона мачты. В самосвале — для подъёма кузова. В обоих случаях принцип работы основан на законе Паскаля: давление жидкости, создаваемое насосом, передаётся на поршни рабочих цилиндров, создавая огромную силу для совершения полезной работы.

ЭТО ЛЮБОПЫТНО

• На принципиальной схеме (см. рис. 150) показано лишь одно колесо. Зарисуйте в тетради схему тормозной системы автомобиля, показав на ней все четыре колеса. Предложите такую схему, чтобы в случае возникновения неисправностей, не позволяющих тормозить одной паре колёс, торможение другой парой оставалось возможным.

Ответ:
► Принципиальная схема: На рисунке 150 показана простейшая схема: педаль -> главный тормозной цилиндр -> трубка -> колесный тормозной цилиндр (рабочий цилиндр в барабане). В такую схему нельзя подключать все 4 колеса. Если в трубке возникнет течь, тормоза откажут на всех колёсах сразу. Это опасно.
► Усовершенствованная схема (с разделением контуров):
Современные автомобили используют двухконтурную тормозную систему для безопасности.
Зарисуем в тетради следующую схему:
1. Педаль тормоза соединена с главным тормозным цилиндром (ГТЦ) особой конструкции. У него два независимых поршня и два независимых выхода.
2. От первого выхода ГТЦ (Первый контур) жидкость идёт по трубкам к переднему правому и заднему левому колесным цилиндрам.
3. От второго выхода ГТЦ (Второй контур) жидкость идёт по другим трубкам к переднему левому и заднему правому колесным цилиндрам.
4. Таким образом, система разделена по диагонали («крест-накрест»).
Объяснение надёжности:
* Если произойдёт разгерметизация (порвётся трубка, потечёт цилиндр) в первом контуре (например, у переднего правого колеса), то этот контур перестанет работать.
* Однако второй контур останется исправным! Он будет тормозить переднее левое и заднее правое колесо.
* Автомобиль сможет затормозить, хотя и с меньшей эффективностью и, возможно, с уводом в сторону. Это позволяет безопасно остановиться и доехать до сервиса.
ИТОГ: Я предлагаю схему двухконтурной гидравлической тормозной системы с разделением контуров по диагонали (переднее правое + заднее левое и переднее левое + заднее правое). В случае неисправности в одном контуре, второй останется работоспособным и обеспечит торможение автомобиля.

 

---

Вы смотрели: конспект по физике к учебнику 7 класса §45. ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРЕСС. Краткое содержание темы учебника. Ответы на вопросы в конце параграфа. Код материалов: Физика Конспект №45.

Вернуться к Списку конспектов (в ОГЛАВЛЕНИЕ)