能通俗易懂的讲一下液压原理吗?_液压工作原理视频教程

2023-04-05 21:58:17

 

液压原理最基本的是帕斯卡定律:静止流体中任一点受外力产生压强后,此压强瞬时间传至流体各点。

通俗地说就是固体传递压力,液体传递压强。固体传递压力好理解,我用多大的力压在一个物体上,物体就会用多大的力压别的东西,受力平衡很好理解。可是液体传递压强是什么意思?

固体和液体的一大区别就是固体中原子固定在某个位置,因此固体有固定的形状。而液体中原子可以自由运动,不固定在某一个位置,所以液体没有固定的形状只有固定的体积。

因此,如果在一个长方体的固体金属表面用一根针扎下去,假设这根针足够尖,只扎了一个原子。那这个针尖下面的原子被禁锢在它原来的位置,不能随便移动,所以只能偏离平衡位置。但是,这一个原子的偏移会拉扯周围更多原子偏离平衡位置。相当于一个原子被压下去,周围十几个原子一起去拉它,不想让它被压下去。既然是十几个人拉一个,那自然每个原子所受到的力就比那一个原子所受到的外力要小得多。当被压的那个原子达到受力平衡时,这十几个原子的合力等于针尖的外力。虽然力相等,但每一个原子所受到的力小了,也就是压强小了(如果把压强定义为力/每原子的话)。

虚线表示原子本来的位置,实线是原子上面加了一个力之后的位置

所以,固体因为原子被锁定的特定位置,某一点的形变会拉扯周围更多的区域一起形变。因此外力值加载在受力点,所以根据受力平衡的原理,周围更多的区域形变的时,每一个小区域只需要形变一点点就可以。这些所有小区域的合力与外力相等。所以固体传递压力,但压强不一定处处相等。

而液体就不一样,比如用针扎进装在杯子里的水,针尖下面的水分子因为不会固定在某一个位置,如果受力的话直接就被推到其他地方去了。所以针尖下面的水分子所受到的力和其他地方的水分子没有任何区别,但凡这个小区域有一点点受力不平衡,其中的水分子就会被挤到其他地方。不管我们往水杯里插再多根针,只会改变杯中的水位。

但是,如果在一个密闭空间里,比如下图这种结构,一个细细的长管和一个粗粗的圆柱体拼起来的结构,如果在细的那一头装一个不透水的活塞往下推会怎么样?水的体积会压缩。虽然水分子的位置不固定,但是水分子的体积确实恒定的,每一个水分子都会保持一定的舒适距离。如果细头那一个活塞突然下压,活塞附近的水分子的平均距离会突然缩短。这些水分子就会跑到其他地方去。可是,其他地方的水分子平均距离也是正常值,多有的水分子跑过来也会导致其他地方的水分子平均距离下降,结果就是所有地方的水分子的平均距离都变小了,也就是被压缩的水整体密度增大,有一种向外扩张的趋势。因为整体的密度增大,所以水分子不会记得是从哪里被压缩的,也就是对水分子而言,周围所有的地方都在压着我,我的反抗,也就是压强,也是朝向周围所有地方。这就导致虽然开始是从细头的活塞处加了一点点压力,结果就是整个水所有地方的密度都增大,所有地方的压强都增大了。

这就像吹气球一样,虽然嘴从一个方向吹气,但气球膨胀的时候压强是各个方向均等的。

帕斯卡定律在生产技术中有很重要的应用,液压机就是帕斯卡原理的实例。它具有多种用途,如液压制动等。若一个流体系统中有大小两个活塞,在小活塞上施以小推力,通过流体中的压力传递,在大活塞上就会产生较大的推力。这就是刹车系统的基本原理。

虽然表面上看,在小头方向加一个小的力可以在大头方向得到一个很大的力,但因为液体很难被压缩,或者说压缩量非常微小,所以从保持体积不变的角度看,那个大头其实运动的比小头慢得多。从能量角度看,小头用较小的力在更远的距离上做得功等于大头用更大的力在更近的距离上做的功。


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