Новости

May 08, 2024

Поднимите большой груз с помощью жидкостей

Занятие с гидравлическим приводом от Science Buddies Ключевые понятия ФизикаИнженерное делоПростые машиныСилаДавление Введение Даже самый сильный человек не сможет поднять грузовик в воздух. Наши мозги,

Гидравлическое занятие от Science Buddies

Ключевые идеиФизикаИнженерное делоПростые машиныСилаДавление

Введение Даже самый сильный человек не мог поднять грузовик в воздух. Однако наш мозг достаточно умен, чтобы создать инструмент, который может поднимать за нас тяжелые предметы: гидравлические подъемники! Их можно найти в автомастерских, в подъемниках для инвалидных колясок и даже на стройках небоскребов. Они используют воду (или другие жидкости), чтобы увеличить силу, необходимую для подъема предметов. И в этом занятии вы сможете его построить! Попробуйте и узнайте, насколько легче поднимать груз с помощью силы воды.

Фон Если вы когда-либо пользовались тачкой, то знаете, что она помогает поднимать тяжелые предметы: поднять ручки тачки легче, чем поднять сам предмет. Гидравлический подъемник выполняет ту же задачу. Это позволяет переместить тяжелый предмет с гораздо меньшими усилиями.

«Гидравлический» относится к инструментам, которые работают за счет перемещения жидкостей, таких как вода или масло. Сжимать жидкости нельзя (если у вас нет специального оборудования). Это означает, что как бы сильно вы ни нажимали на жидкость, вы не сможете заметно изменить ее объем. Попробуйте! Наполните шприц для перорального лекарства водой, закройте его открытый кончик пальцем и попытайтесь вдавить поршень. Вы увидите, что у вас это не получится. Даже если бы вы могли поместить слона на поршень, он не сжал бы жидкость в шприце. Так что же вы сможете сделать с этой силой воды?

Пытаясь что-то переместить, важно не только применить силу, но и учитывать всю площадь, на которую распространяется сила. Вспомните время, когда вы играли с Play-Doh. Протолкнуть палец в тесто легко, но воткнуть в тесто ладонь сложнее — вы, вероятно, почувствовали большее сопротивление. Поскольку ваша рука имеет большую площадь поверхности, ваши усилия распределяются по большей площади, и тесто не получает столько силы на каждый квадратный дюйм, как при нажатии одним пальцем. Теперь подумайте об этой проблеме наоборот: иногда вам нужно меньше силы на квадратный дюйм, например, когда вы пытаетесь что-то поднять. Есть ли способ разместить объект на большей поверхности, чтобы он создавал меньше давления, когда вы пытаетесь его поднять? Попробуйте это занятие, чтобы узнать!

Материалы

Подготовка

Процедура

Наблюдения и результаты Вероятно, вам было легче поднимать банку с помощью большого шприца. В этой комбинации кувшин, вероятно, переместился на гораздо меньшее расстояние.

Когда вы нажимаете на один поршень, жидкость внутри закрытой системы оказывает равное давление на другой поршень. Поскольку давление создается путем приложения силы к определенной площади, небольшой толчок на небольшой площади создает такое же давление, как и гораздо больший толчок на гораздо большей площади. Именно поэтому гидравлический подъемник может умножать силу: вы нажимаете на маленький плунжер, создаваемое давление перемещается через жидкость на гораздо больший плунжер, а нагрузка на больший плунжер ощущает гораздо больший толчок, чем тот, который вы сначала сделал. По этой причине это было проще, и, если бы вы попытались, вы могли бы переместить больший вес с помощью большого шприца, чем с маленьким.

Вы видели, как при этом жидкость перекачивалась из одной колонны в другую? Поскольку объем жидкости не меняется, больший плунжер не будет двигаться так же сильно, как меньший плунжер. Но это плата за возможность поднять тяжелый предмет!

Еще больше интересного Джек это вверх! Поднимите груз с помощью гидравлики, от Science Buddies. Умножение силы с помощью гидравлической системы, от Wisc Online. Подъем тяжестей с помощью рычага, от Scientific American. Занятия по STEM для детей, от Science Buddies.

Это занятие представлено вам в сотрудничестве с Science Buddies.

Челси Харви и E&E News

Джонатан Бин и The Conversation US

Мэг Дафф, Джеффри ДельВишио и Тулика Бозе