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液壓技術(shù)

來源:本站 | 作者:admin | 時間:2005-12-23 13:04:01 ]
  我們可以利用液壓技術(shù),通過傳遞和控制壓力與流量來傳遞控制力量與速率。

    在許多領(lǐng)域,我們都可以利用液壓驅(qū)動和控制技術(shù),例如:

    工程機械、汽車制造、農(nóng)業(yè)技術(shù)、挖掘與礦山技術(shù)、造船技術(shù)、海上技術(shù)’航空航天技術(shù)。

  
液壓技術(shù)原理并不是新東西。在18世紀,倫敦就出現(xiàn)了液壓印刷機,愛菲爾鐵塔利用水壓千斤頂來調(diào)節(jié)。大約2000年前,希臘人已經(jīng)使用水利驅(qū)動機械。



   液壓系統(tǒng)的運作是依據(jù)帕斯卡定律。帕斯卡定律是:封閉容器中的靜止流體的某一部分發(fā)生的壓強變化,將毫無損失地傳遞至流體的各個部分和容器壁。

動畫:當某人在小活塞上跳躍,他就向液壓系統(tǒng)施加壓力。
壓力也同樣作用于大的活塞:在較大的區(qū)域,壓力所產(chǎn)生的作用力能將車輛頂起。
 
壓力可以用下面的公式計算:

在此:

p=壓力(psi)
f=作用力(磅)
A=區(qū)域(平方英寸)

帕斯卡簡介:

帕斯卡 (1623-1662) 

    帕斯卡(Pascal,Blaise),法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、近代概率論的奠基者。他提出一個關(guān)于液體壓力的定律,后人稱為帕斯卡定律。他建立的直覺主義原則對于后來一些哲學(xué)家,如盧梭和伯格森等都有影響。
    帕斯卡生于法國奧弗涅的克萊蒙費朗,帕斯卡從小就智力高人一等,12歲時就愛上數(shù)學(xué),他父親是一位受人尊敬的數(shù)學(xué)家,在其精心地教育下,帕斯卡很小時就精通歐幾里得幾何,他自己獨立地發(fā)現(xiàn)出歐幾里得的前32條定理,而且順序也完全正確。12歲獨自發(fā)現(xiàn)了 “三角形的內(nèi)角和等于180度”后,開始師從父親學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。16歲就參加巴黎數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家小組(法國科學(xué)院的前身),17歲時寫成數(shù)學(xué)水平很高的《圓錐截線論》一文,這是他研究德扎爾格關(guān)于綜合射影幾何的經(jīng)典工作的結(jié)果。笛卡兒堅決不相信16歲的孩子能夠?qū)懗鰜磉@樣的書,帕斯卡反過來也不承認笛卡兒的解析幾何的價值。1642年,剛滿19歲的他,設(shè)計制造了世界上第一架機械式計算裝置——使用齒輪進行加減運算的計算機,原只是想幫助他父親計算稅收用,這是他為了減輕父親計算中的負擔,動腦筋想出來的,卻因此而聞名于當時,它成為后來的計算機的雛型。在加法機研制成功之后,帕斯卡認為:人的某些思維過程與機械過程沒有差別,因此可以設(shè)想用機械模擬人的思維活動。
    1646年前帕斯卡一家都信奉天主教。由于他父親的一場病,使他同一種更加深奧的宗教信仰方式有所接觸,對他以后的生活影響很大。帕斯卡和數(shù)學(xué)家費馬通信,他們一起解決某一個上流社會的賭徒兼業(yè)余哲學(xué)家送來的一個問題,他弄不清楚他賭擲三個骰子出現(xiàn)某種組合時為什么老是輸錢。在他們解決這個問題的過程中,奠定了近代概率論的基礎(chǔ)。在他暫短的一生中作出了許多貢獻,以在數(shù)學(xué)及物理學(xué)中的貢獻最大。1646年他為了檢驗意大利物理學(xué)家伽利略和托里拆利的理論,制作了水銀氣壓計,在能俯視巴黎的克萊蒙費朗的山頂上反復(fù)地進行了大氣壓的實驗,為流體動力學(xué)和流體靜力學(xué)的研究鋪平了道路。實驗中他為了改進托里拆利的氣壓汁,他在帕斯卡定律的基礎(chǔ)上發(fā)明了注射器,并創(chuàng)造了水壓機。他關(guān)于真空問題的研究和著作,更加提高了他的聲望。他從小就體質(zhì)虛弱,又因過度勞累而使疾病纏身。然而正是他在病休的1651~1654年間,緊張地進行科學(xué)工作,寫成了關(guān)于液體平衡、空氣的重量和密度及算術(shù)三角形等多篇論文,后一篇論文成為概率論的基礎(chǔ)。在1655~1659年間還寫了許多宗教著作。晚年,有人建議他把關(guān)于旋輪線的研究結(jié)果發(fā)表出來,于是他又沉浸于科學(xué)興趣之中,但從1659年2月起,病情加重,使他不能正常工作,而安于虔誠的宗教生活。最后,在巨大的病痛中逝世。
    帕斯卡定律是流體(氣體或液體)力學(xué)中,指封閉容器中的靜止流體的某一部分發(fā)生的壓強變化,將毫無損失地傳遞至流體的各個部分和容器壁。帕斯卡首先闡述了此定律。壓強等于作用力除以作用面積。根據(jù)帕斯卡原理,在水力系統(tǒng)中的一個活塞上施加一定的壓強,必將在另一個活塞上產(chǎn)生相同的壓強增量。如果第二個活塞的面積是第一個活塞的面積的10倍,那么作用于第二個活塞上的力將增大為第一個活塞的10倍,而兩個活塞上的壓強仍然相等。水壓機就是帕斯卡原理的實例。它具有多種用途,如液壓制動等。帕斯卡還發(fā)現(xiàn):
靜止流體中任一點的壓強各向相等,即該點在通過它的所有平面上的壓強都相等。
這一事實也稱作帕斯卡原理(定律)。
    帕斯卡在數(shù)學(xué)方面的貢獻也很杰出。1639年,他在一篇出色的數(shù)學(xué)論文《論圓錐曲線》,提出了一條定理,后人把它叫做帕斯卡定理。他還提出了有名的帕斯卡三角形,闡明了代數(shù)中二項式展開的系數(shù)規(guī)律。數(shù)學(xué)家德札爾格非常欣賞帕斯卡的才華,把這個曲線命名為 “帕斯卡神秘六線形”,并親自擔任了帕斯卡的教師。
    在他撰寫的哲學(xué)名著《思想錄》 里,帕斯卡留給世人一句名言:“人只不過是一根蘆葦, 是自然界最脆弱的東西,但他是一根有思想的蘆葦?!?科學(xué)界銘記著帕斯卡的功績,國際單位制規(guī)定“壓強”單位為“帕斯卡”,是因為他率先提出了描述液體壓強性質(zhì)的“帕斯卡定律”。計算機領(lǐng)域更不會忘記帕斯卡的貢獻,1971年面世的PASCAL語言,也是為了紀念這位先驅(qū),使帕斯卡的英名長留在電腦時代里。

帕斯卡定律的演示

    1. 實驗器材
    玻璃瓶1只,幾根火柴,一只橡皮套.
    2. 實驗過程
  將火柴頭取下放入瓶內(nèi),再向瓶里灌滿水,接著將橡皮套緊緊地套在瓶口上.此時,火柴頭浮在水面上,當用手按住橡皮套時,火柴頭將慢慢地沉到瓶底,當放開手時,火柴頭將會浮到水面.如圖2所示.

圖2 

  3.實驗現(xiàn)象解釋
  當按住橡皮套時,瓶內(nèi)氣體壓強增大,這個壓強由水傳遞給每個火柴頭,使一部分水進入火柴頭,火柴頭由于變重而下沉.當放開手時,瓶內(nèi)氣體壓強減小,在火柴頭中就有足夠的空氣壓力將水從火柴頭里壓出來,火柴頭變輕,而又浮回到水面.這個實驗證明了帕斯卡定律:加在封閉氣體或液體上的壓強,能夠按照原來的大小由氣體或液體向各個方向傳遞,并作用在液體的各個部分.

來自: 中基網(wǎng)>>實驗平臺 

◇帕斯卡的發(fā)現(xiàn)◇ 

    在日常生活中,我們經(jīng)??吹剑瑳]有灌水的水龍帶是扁的。水龍帶接到自來水龍頭上,灌進水,就變成圓柱形了。如果水龍帶上有幾個眼,就會有水從小眼里噴出來,噴射的方向是向四面八方的。水是往前流的,為什么能把水龍帶撐圓?
  早在幾百年前,帕斯卡就注意到這類現(xiàn)象。
  帕斯卡從小就凡事好問個為什么,而且最愛通過實驗來提出自己的新見解。他想,也許水對四面八方都有壓強吧?
  于是他首先設(shè)計了一個實驗,那就是“帕斯卡球”實驗。帕斯卡球是一個壁上有許多小孔的空心球,球上連接一個圓筒,筒里有可以移動的活塞。把水灌進球和筒里,向里壓活塞,水便從各個小孔里噴射出來了,成了一支“多孔水槍”。 
  帕斯卡球的實驗證明,液體能夠把它所受到的壓強向各個方向傳遞。水龍帶灌滿水以后變成圓柱形,就是因為水龍帶里的水把自來水里的壓強傳遞到了帶壁的各個部分的結(jié)果。 
  細心的帕斯卡并沒有就此結(jié)束他的研究。他又多次做實驗,研究哪個孔噴出去的水最遠?結(jié)果發(fā)現(xiàn),并沒有射得特別遠的,距離都差不多。這說明,每個孔所受到的壓強都相同。 
  認真的觀察使帕斯卡發(fā)現(xiàn)了液體傳遞壓強的基本規(guī)律,這就是著名的帕斯卡定律。所有的液壓機械都是根據(jù)帕斯卡定律設(shè)計的,所以帕斯卡被稱謂“液壓機之父”。上海重型機械廠有一臺水壓機,它能把一個將近百噸重的鋼錠像揉面團一樣揉來揉去。
  帕斯卡在物理學(xué)方面的研究中也是功績卓著。其最重要的成果是于1653年首次提出了“帕斯卡定律”。定律指出:“加在密閉流體任一部分的壓強,必然按照其原來的大小由流體向各個方向傳遞。”現(xiàn)代的一切應(yīng)用著的液壓機械,都是帕斯卡定律的具體應(yīng)用,尤其是近些年來,液壓科學(xué)又以更嶄新的面貌應(yīng)用于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)之中。
  壓強的國際制單位是以帕斯卡的名字命名的。1984年我國頒布的法定單位制,也采用帕斯卡(簡稱“帕”)作為壓強的單位,并且有:1帕(Pa)=1牛頓(N)/米2(m2)。

帕斯卡定律
    是密閉液體傳遞外加壓強的規(guī)律,即加于密閉液體的任一部分的壓強,能保持其大小不變沿著液體朝各個方向傳遞到各處(包括液體內(nèi)部以及與液體接觸的器壁)。該規(guī)律由法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家帕斯卡發(fā)現(xiàn),由此而命名為帕斯卡定律。
說明:
(1)帕斯卡定律舊譯為巴斯噶定律。
(2)帕斯卡定律的基礎(chǔ)是液體的不可壓縮性。液體的體積隨壓強變化的規(guī)律可表示為
V=V0[1-β(p-p0)],
式中p0為標準大氣壓強,V0為壓強p0時液體的體積,β為液體的壓縮系數(shù)。
壓縮系數(shù)是個常數(shù),且均很小,如水的壓縮系數(shù)為β=5×10-5/大氣壓。故通常認為液體是不可壓縮的。對于密閉容器中的液體來說,因液體是不可壓縮的,所以各處密度相等。又由于各處的高度差不大,則其內(nèi)部靜壓強跟外加壓強(往往可大到幾十、幾百個大氣壓)相比,可以忽略不計,因此可以將密閉液體內(nèi)各點的壓強都看成與外加壓強相等,這就是帕斯卡定律。

(3)根據(jù)帕斯卡定律,在類似圖示的連通器中,在小活塞上作用一個較小的力,通過活塞將其產(chǎn)生的壓強加于液體,由密閉液體傳遞后可以在大活塞上獲得一個相當大的力。這就是液壓機的制造原理。

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