液压棒在我们的生活中大量使用液压技术,从有储存物功能的床、有升降功能的转椅、挖掘机、工程起重机、叉车等。
有了液压棒,很多非常吃力的东西会变得非常容易。例如,有储存物功能的床,如果没有安装液压棒,我们就要花费不小的力气抬起床板,安装液压棒后,我们只要轻轻一拉,液压棒就会很容易支撑床板。对于工程机械来说更是如此。不管多么坚硬的土石,挖掘机都可以通过液压技术进行挖掘。那么问题来了。挖掘机的液压杆好像也不太粗,这个小液压杆为什么这么有力?
可以将液压杆的简化看作装有液体的活塞。要解释液压棒的原理,首先要提到法国数学家和物理学家布莱斯帕斯卡。他在1653年提出了“帕斯卡定律”。
帕斯卡定律也被称为“静压传递原理”,该原理表明,在密封液体的任何一点施加的压力都会立即传播到液体的各个部分,压力的大小不会改变。更简单地说,如果液体的静止状态不变,我们对液体的某一部分施加压力,液体各点的压力就会发生相同大小的变化。这条定律之后,帕斯卡据此发明了注射器。是的。我们现在注射和使用的注射器就是这个物理学家发明的。
在密封容器内,对静止液体施加的压力同时传递到每个点,所以推注射器会将液体从针中挤压出来。
事实上,液压棒是注射器,如果你想轻松地推开这个注射器,你只需要另一个小注射器。现在假设我们有一个直径为4厘米的大注射器和一个直径为1厘米的小注射器。我们将把两个注射器连接成一个管道,装满液体,然后让个人分别推大注射器和小注射器。那谁能赢呢?(大卫亚设,北方探索,成功)当然,是推小注射器的人。为什么会这样?因为液体的压力等于施加的压力除以力面积。也就是说,在力相同的情况下,力面积越小,液体的压力就越大。
小注射器的直径为1厘米,其力约为0.79平方厘米,大注射器的直径为4厘米,其力约为12.56平方厘米
现在知道了吧。液压杆可以认为是由两个厚度不同的活塞组成的机械系统。小活塞只要轻轻用力,就能给大活塞一个力,让它崩溃。理解了这个道理,我们只要一个小注射器就能对抗强大的液压癌。
让我们进行有趣和不准确的计算。
我们使用液压技术最常见的大型机器是挖掘机。我不确定挖掘机的液压臂有多粗。反正一只手抓不到。即使直径为10厘米,其力也为78.5厘米,普通挖掘机斗杆的挖掘力约为1000千克。那么人的推动力有多大呢?成年人推100公斤不成问题。也就是说,挖掘机的力量是人力的100倍,所以只要挖掘机液压臂1/100的小注射器,就可以获得和挖掘机一样的力量。力面积为0.785平方厘米的注射器直径约为1厘米,因此,只要有直径为1厘米的小注射器,就能与挖掘机相媲美。
当然理论上其实注射器强度不足,对抗的时候可能会爆炸,转椅液压棒爆炸也是同样的原因。瞬间压力值超过液压杆内壁的承受能力。
那么,怎样才能避免液压杆爆炸呢?如果是正规工厂生产的正规产品,理论上材料强度要经过压力测试,一般没有问题,但问题是很多人根本不能确定自己的椅子是否是合格产品。那么该怎么办呢?请手动安装防爆钢板。在转椅下面的液压杆上安装30厘米正方形的小钢板,价格为300元,据说子弹不合适。(大卫亚设,Northern Exposure,战争)我们使用“大小注射器”的例子是为了说明液压棒的基本原理。其实液压机器的液压棒不是由小注射器推动的。一方面是因为小注射器的强度不足。另一方面,由于小注射器的长度不足,在大型液压机械中,都是“液压泵”,起到小注射器的作用。
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