Pour comprendre le fonctionnement d'une presse hydraulique, rappelons la règle des vases communicants. Son auteur Blaise Pascal a découvert que s'ils sont remplis d'un liquide homogène, son niveau dans tous les récipients est le même. Dans ce cas, la configuration des conteneurs et leurs dimensions importent peu. L'article décrira plusieurs expériences avec des récipients communicants qui nous aideront à comprendre la structure et le principe de fonctionnement d'une presse hydraulique.
Expérience
Disons que nous avons des vases communicants avec des sections transversales différentes. Nous désignons la zone du plus petit par s, le plus grand - par S. Remplissons les récipients avec du liquide. Selon la loi des vases communicants, les surfaces des liquides sont à la même hauteur.
Fermons les vaisseaux par le haut avec des pistons. On peut supposer que s et S sont les aires des pistons. Appuyez sur le plus petit avec force f. Il va descendre, le liquide vas'écouler dans le plus grand cylindre et le piston de gauche commencera à monter. Afin de l'empêcher de se relever, nous lui appliquerons également la force. Notons-le F.
Pour mieux comprendre le fonctionnement d'une presse hydraulique, essayons de trouver un lien entre ces deux forces. Nous partirons de la condition d'équilibre. Avant de recouvrir les récipients de pistons, les liquides étaient en équilibre. La pression dans les réservoirs était la même (p=P). Appuyez sur les deux pistons pour que le liquide reste toujours en équilibre. Les pressions p et P vont bien entendu augmenter. Cependant, ils resteront toujours les mêmes, car ils augmenteront du même montant supplémentaire. C'est la quantité de pression créée par les pistons. Il se transmet partout selon la loi de Pascal.
Voici la condition d'équilibre: p=P. Vous pouvez considérer la pression créée par les pistons ou la pression de la colonne de liquide. Le résultat sera le même. A noter que la pression créée par les pistons est mille fois supérieure à la pression hydrostatique de la colonne de liquide. Une colonne d'eau de quelques centimètres de haut crée une pression de plusieurs centaines de pascals. Et la pression du piston est de centaines de kilopascals, et parfois de mégapascals. Par conséquent, dans ce qui suit, nous négligerons la pression de la colonne de liquide et supposerons que les pressions p et P sont créées exclusivement par les forces f et F.
Dépendance de la force de pression des pistons sur leur surface
Dérivons la formule, le principe de fonctionnement de la presse hydraulique sans elle sera incompréhensible. p=f/s et de même P=F/S. Faisons une substitution dans la condition d'équilibre. f/s=F/S. Et maintenant comparons les forces f et F. Pour ce faire, les parties gauche et droite de l'expressionmultiplier par S et diviser par f. On obtient fS/sf=FS/Sf. Annulons f et S dans les deux parties. Le résultat sera l'égalité F/f=S/s.
Le concept de gagner est valide
Si S>s, alors la force de pression sur le piston dans le grand récipient sera autant de fois supérieure à la force qui appuie sur le petit piston, combien de fois la surface du plus gros piston dépasse la surface de le petit. En d'autres termes, en appliquant une petite force sur un petit piston, dans un grand récipient, nous obtiendrons une force bien supérieure à celle avec laquelle nous appuyons sur un petit piston. C'est un effet appelé gain de force. Il montre combien de fois les forces diffèrent, c'est-à-dire quel est le rapport de F à f. Si nous prenons des navires dont les sections transversales sont très différentes, nous pouvons obtenir un gain de force d'un facteur dix ou mille. L'analyse de la force le montre clairement: le gain en force est égal au rapport des surfaces du grand et du petit piston.
Mouvement des pistons d'une machine hydraulique
De nombreuses industries utilisent le principe de la presse hydraulique: physique, construction, transformation des matériaux, agriculture, automobile, etc. Des exemples d'application de machines hydrauliques sont présentés dans la figure.
Considérons tout de même deux vases communicants à pistons, mais maintenant nous ferons attention non pas à la force, mais à la distance parcourue par les pistons lors du déplacement. Imaginez que leur position initiale soit différente. Le piston de surface S est situé sous le piston de surface s. Déplaçons le plus petit piston à une distance h. L'eau d'un plus petit récipient passa dans un plus grand etappuyé sur le piston. Il s'est déplacé à la hauteur H.
Connaissant le rapport entre les surfaces, on trouve le rapport entre les hauteurs. Le volume qui est passé sous pression du cylindre gauche au cylindre droit est noté v. Un liquide de volume V est entré dans le cylindre droit. Le liquide est incompressible. Comment cela peut-il être écrit mathématiquement ? v=v. Exprimez le volume en termes de surface et de hauteur. v=sh et V=SH. Donc sh=SH. S/s=h/H. Le gain en force est donc F/f=h/H. Ce rapport nous permet de comprendre le fonctionnement d'une presse hydraulique. Nous concluons que puisque F est supérieur à f, alors H est inférieur à h, et du même facteur.
Disons qu'une machine hydraulique donne un gain de force au centuple. Cela signifie que si nous abaissons le plus petit piston de 100 mm, l'autre piston ne montera que de 1 mm. Et il y a des machines qui donnent mille fois plus de force. Mais qu'en est-il lorsqu'il y a une voiture sur le piston et qu'il faut la soulever à une hauteur de plusieurs mètres ?
Conception et principe de fonctionnement de la presse hydraulique
Dans le piston d'une petite zone se trouve une soupape qui ferme le tube menant au réservoir d'huile moteur. L'eau n'est généralement pas utilisée dans les presses hydrauliques car elle est corrosive et a un point d'ébullition relativement bas. Le piston entraîne la poignée. Le fluide est transféré du plus petit cylindre au plus grand par un tube.
Le grand récipient a également une valve et un piston. Lorsque nous levons le levier, l'huile, à l'aide de l'atmosphèrela pression est aspirée dans le plus petit cylindre. Lorsque nous abaissons le piston, la soupape se ferme, il n'y a nulle part où aller l'huile, elle va donc dans un récipient plus grand. Il soulève la soupape à l'intérieur, le volume d'huile augmente, à cause de cela le piston monte. Lorsque nous relevons à nouveau le petit piston, la vanne du grand récipient se ferme, de sorte que l'huile ne va nulle part et le piston reste en place.
Le principe de fonctionnement de la presse hydraulique est tel que toute oscillation du petit piston entraîne toujours le mouvement du gros piston vers le haut. L'appareil dispose d'un mécanisme qui permet au gros piston de descendre. Il s'agit d'un tuyau avec un robinet dans un récipient plus grand. Quand on ferme le robinet, on scelle le gros cylindre, et quand on l'ouvre, on remet la presse hydraulique dans sa position d'origine, l'huile s'écoule. Il retourne dans le réservoir, ce qui permet d'abaisser le piston.
