Comment fonctionne l'hydraulique, la science de l'hydraulique
chapeau W est la connexion entre un pistolet à eau et cette grue gigantesque? Sur la face de celui-ci, pas de connexion du tout. Mais pensez à la science derrière eux et vous arriverez à une conclusion surprenante: des pistolets à eau et des grues utilisent la puissance des liquides se déplaçant d'une manière très similaire. Cette technologie est appelée hydraulique et il est utilisé pour alimenter tout de freins de voitures et de camions à ordures pour bateaux à moteur prises direction et garage. Jetons un coup d'oeil de plus près comment ça marche!
Photo: Cette grue soulève son essor géant dans l'air en utilisant des vérins hydrauliques. Pouvez-vous repérer les béliers ici? Les principaux brillent d'argent dans la lumière du soleil au centre de l'image. Il y a des béliers en soutenant les stabilisateurs: les pieds qui s'étendent près des quatre roues pour soutenir la grue à la base lorsque la flèche est prolongée (ils sont ombrés avec des rayures orange et gris).
Vous ne pouvez pas écraser un liquide!
Photo: Pourquoi gicler l'eau si vite d'une seringue? Vous ne pouvez pas vraiment compresser un liquide du tout, donc si vous forcez l'eau à travers la grande partie de la seringue en appuyant fort sur le piston au fond, où est que l'eau va aller? Il doit échapper par le haut. Depuis le sommet est beaucoup plus étroite que le fond, l'eau émerge dans un jet à grande vitesse. Hydraulique fonctionne ce processus en sens inverse pour produire la vitesse plus faible mais plus de force, qui est utilisé pour alimenter les machines lourdes. Il est exactement la même chose dans un pistolet à eau, qui est effectivement juste une seringue en forme comme une arme à feu.
Le fait que les liquides ne compressent pas est facilement incroyablement utile. Si vous avez déjà tiré un pistolet à eau (ou une bouteille de liquide vaisselle squeezy rempli d'eau), vous avez déjà utilisé cette idée. Vous avez sans doute remarqué qu'il faut un certain effort pour appuyer sur la gâchette d'un pistolet à eau (ou de presser l'eau d'une bouteille de vaisselle). Lorsque vous appuyez sur la gâchette (ou presser la bouteille), vous êtes d'avoir à travailler dur pour forcer tout à fait l'eau à travers une buse étroite. Vous mettez en fait la pression sur l'eau et qui est la raison pour laquelle il éjacule à une vitesse beaucoup plus élevée que vous déplacez le déclencheur. Si l'eau n'étaient pas incompressible, pistolets à eau ne fonctionneraient pas correctement. Vous souhaitez appuyez sur la gâchette et l'eau à l'intérieur serait tout simplement la courge en un plus petit espace, il ne serait pas tirer hors de la buse que vous attendez.
Si des pistolets à eau (et des bouteilles squeezy) peuvent changer la force et la vitesse, que des moyens (en termes scientifiques stricts), ils fonctionnent comme des outils et des machines. En fait, la science des pistolets à eau pouvoirs certaines des plus grandes machines-grues du monde, camions à benne basculante et pelleteuses.
Hydraulique en théorie
Tourner un pistolet à eau à son extrémité, ce qui est (grossièrement simplifiée) ce qui se passe à l'intérieur:
Lorsque vous appuyez sur la gâchette (en rouge), vous appliquez une force relativement importante qui se déplace sur la gâchette à une courte distance. Parce que l'eau ne se faufiler dans un espace plus petit, il se contraint à travers le corps du pistolet à la buse étroite et gicle avec moins de force, mais plus de vitesse.
La science derrière l'hydraulique est appelé le principe de Pascal. Essentiellement, parce que le liquide dans la conduite est incompressible, la pression doit rester constante tout le chemin à travers elle, même lorsque vous pousser dur à une extrémité ou l'autre. Maintenant, la pression est définie comme la force agissant par unité de surface. Donc, si nous pressons vers le bas avec une petite force sur une petite surface, à l'extrémité étroite du tube sur la gauche, il doit y avoir une grande force agissant vers le haut sur le piston de grande surface sur le droit de maintenir la pression égale. C'est ainsi que la force devient magnifié.
Hydraulique dans la pratique
Vous pouvez voir l'hydraulique à l'œuvre dans cette pelle. Lorsque le pilote tire une poignée, les pompes de fluide dans les tubes étroits et les câbles du moteur de la pelle (en bleu), ce qui oblige les vérins hydrauliques (en rouge) à prolonger. Les béliers regardent un peu comme des pompes à vélo de travail en sens inverse. Si vous mettez plusieurs béliers ensemble, vous pouvez faire le bras d'une pelle étendre et déplacer un peu comme une person's seule avec une force beaucoup plus grande. Les vérins hydrauliques sont efficacement les muscles de la pelle:
Chaque RAM fonctionne comme un pistolet à eau à moteur diesel en sens inverse:
Le moteur est de pompage de fluide hydraulique à travers l'un des tubes minces pour déplacer le plus épais sur ram avec une force beaucoup plus grande, comme ceci:
Photo: Un vérin hydraulique se déplace soit vers l'extérieur vers l'intérieur ou en fonction de la direction dans laquelle le fluide hydraulique circule.
La prochaine fois que vous êtes à l'extérieur, voir combien de machines hydrauliques vous pouvez repérer. Vous pourriez être surpris combien de camions, grues, pelles, tombereaux, pelles, bulldozers et les utiliser. Voici un autre exemple: une haie coupe-hydraulique à l'arrière d'un tracteur. La tête de coupe doit être robuste et lourd à réduire par des haies et des arbres et il n'y a aucun moyen le conducteur pourrait soulever ou positionner la main. Heureusement, les commandes hydrauliques font tout cela automatiquement: plusieurs joints hydrauliques, un peu comme une épaule, le coude et le poignet, le couteau se déplace avec autant de souplesse que d'un bras humain:
hydraulique cachée
Toutes les machines hydrauliques sont cependant si évident,; parfois leurs vérins hydrauliques sont cachés hors de la vue. Ascenseurs ( « ascenseurs ») gardent leur fonctionnement bien caché, il est donc pas toujours évident qu'ils travaillent de façon traditionnelle (tiré vers le haut et vers le bas par un câble fixé à un moteur) ou en utilisant à la place hydraulique. petits silos utilisent souvent des vérins hydrauliques simples montés directement au-dessous ou à côté de la cage d'ascenseur. Ils sont plus simples et moins coûteux que les ascenseurs traditionnels, mais ils peuvent utiliser un peu plus de puissance.
Les moteurs sont un autre exemple où l'hydraulique peuvent être cachés à la vue. Les moteurs électriques utilisent traditionnelles électromagnétisme: lorsqu'un courant électrique circule à travers les bobines en leur sein, il crée une force magnétique temporaire qui pousse contre un anneau d'aimants permanents, ce qui rend la rotation de l'arbre moteur. Les moteurs hydrauliques sont plus comme les pompes qui travaillent dans le sens inverse. Dans un exemple, appelé un moto-réducteur hydraulique, le fluide circule dans le moteur par l'intermédiaire d'un tuyau, ce qui rend une paire de roues dentées engrenant étroitement pivoter, avant de refluer à travers un autre tuyau. L'un des pignons est relié à l'arbre du moteur qui entraîne le moteur quelle que soit alimente, tandis que l'autre ( « le fou ») tourne librement tout simplement pour rendre le mécanisme complet. Lorsqu'un vérin hydraulique traditionnel utilise la puissance d'un fluide pompé à pousser l'arrière du coulisseau et-vient sur une distance limitée, un moteur hydraulique utilise un fluide circulant en continu pour faire tourner l'arbre pour aussi longtemps que nécessaire.
Création: Un moteur à engrenages hydraulique simplifié. Le fluide (jaune) circule de la gauche, fait tourner les deux roues dentées, et coule vers la droite. L'un des pignons pouvoirs (rouge) l'arbre de sortie (noir) et la machine à laquelle le moteur est connecté. L'autre roue dentée (bleu) est une roue folle.
Pourquoi utiliser un moteur hydraulique au lieu d'un électrique? Lorsqu'un moteur électrique puissant doit généralement être vraiment grand, un moteur hydraulique tout aussi puissant peut être plus petit et plus compact, car il devient alimenté par une pompe à une certaine distance. Vous pouvez également utiliser des moteurs hydrauliques dans des endroits où l'électricité pourrait ne pas être viable ou par exemple en toute sécurité-pour, sous l'eau, ou là où il y a un risque d'étincelles électriques créant un incendie ou une explosion.