液壓棒在我們的生活中大量使用液壓技術,從有儲存物功能的床、有升降功能的轉椅、挖掘機、工程起重機、叉車等。
有了液壓棒,很多非常吃力的東西會變得非常容易。例如,有儲存物功能的床,如果沒有安裝液壓棒,我們就要花費不小的力氣抬起床板,安裝液壓棒后,我們只要輕輕一拉,液壓棒就會很容易支撐床板。對于工程機械來說更是如此。不管多么堅硬的土石,挖掘機都可以通過液壓技術進行挖掘。那么問題來了。挖掘機的液壓桿好像也不太粗,這個小液壓桿為什么這么有力?
可以將液壓桿的簡化看作裝有液體的活塞。要解釋液壓棒的原理,首先要提到法國數學家和物理學家布萊斯帕斯卡。他在1653年提出了“帕斯卡定律”。
帕斯卡定律也被稱為“靜壓傳遞原理”,該原理表明,在密封液體的任何一點施加的壓力都會立即傳播到液體的各個部分,壓力的大小不會改變。更簡單地說,如果液體的靜止狀態(tài)不變,我們對液體的某一部分施加壓力,液體各點的壓力就會發(fā)生相同大小的變化。這條定律之后,帕斯卡據此發(fā)明了注射器。是的。我們現在注射和使用的注射器就是這個物理學家發(fā)明的。
在密封容器內,對靜止液體施加的壓力同時傳遞到每個點,所以推注射器會將液體從針中擠壓出來。
事實上,液壓棒是注射器,如果你想輕松地推開這個注射器,你只需要另一個小注射器。現在假設我們有一個直徑為4厘米的大注射器和一個直徑為1厘米的小注射器。我們將把兩個注射器連接成一個管道,裝滿液體,然后讓個人分別推大注射器和小注射器。那誰能贏呢?(大衛(wèi)亞設,北方探索,成功)當然,是推小注射器的人。為什么會這樣?因為液體的壓力等于施加的壓力除以力面積。也就是說,在力相同的情況下,力面積越小,液體的壓力就越大。
小注射器的直徑為1厘米,其力約為0.79平方厘米,大注射器的直徑為4厘米,其力約為12.56平方厘米
現在知道了吧。液壓桿可以認為是由兩個厚度不同的活塞組成的機械系統(tǒng)。小活塞只要輕輕用力,就能給大活塞一個力,讓它崩潰。理解了這個道理,我們只要一個小注射器就能對抗強大的液壓癌。
讓我們進行有趣和不準確的計算。
我們使用液壓技術最常見的大型機器是挖掘機。我不確定挖掘機的液壓臂有多粗。反正一只手抓不到。即使直徑為10厘米,其力也為78.5厘米,普通挖掘機斗桿的挖掘力約為1000千克。那么人的推動力有多大呢?成年人推100公斤不成問題。也就是說,挖掘機的力量是人力的100倍,所以只要挖掘機液壓臂1/100的小注射器,就可以獲得和挖掘機一樣的力量。力面積為0.785平方厘米的注射器直徑約為1厘米,因此,只要有直徑為1厘米的小注射器,就能與挖掘機相媲美。
當然理論上其實注射器強度不足,對抗的時候可能會爆炸,轉椅液壓棒爆炸也是同樣的原因。瞬間壓力值超過液壓桿內壁的承受能力。
那么,怎樣才能避免液壓桿爆炸呢?如果是正規(guī)工廠生產的正規(guī)產品,理論上材料強度要經過壓力測試,一般沒有問題,但問題是很多人根本不能確定自己的椅子是否是合格產品。那么該怎么辦呢?請手動安裝防爆鋼板。在轉椅下面的液壓桿上安裝30厘米正方形的小鋼板,價格為300元,據說子彈不合適。(大衛(wèi)亞設,Northern Exposure,戰(zhàn)爭)我們使用“大小注射器”的例子是為了說明液壓棒的基本原理。其實液壓機器的液壓棒不是由小注射器推動的。一方面是因為小注射器的強度不足。另一方面,由于小注射器的長度不足,在大型液壓機械中,都是“液壓泵”,起到小注射器的作用。
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