如果我们想移动重物,不妨可以利用水的压力。就像使用杠杆一样,人们也可以利用液压节省力气。人们将这套工作系统称为“液压系统”。液压的英语单词“Hydraulic”包含了水的希腊文“Hydor”和管道的希腊文“aulos”,所以液压系统就一定离不开“水”和“管道”了。通常人们用水或油作为液压系统中的液体。下面的实验将向我们展示液压系统的工作原理。
实验材料
2个大塑料瓶、2个气球、2个带盖空罐头瓶、1根橡皮管、水、2个夹子、1把刀、1支马克笔。
1、小心地用刀将两个塑料瓶的瓶颈剪掉。
2、在靠近瓶底的部位钻出一个孔。
3、给一个气球充水,然后把它放进一个塑料瓶中,使气球嘴从塑料瓶瓶底的孔里伸出来。
4、从塑料瓶的外面用衣夹夹住气球嘴,保证水不会流出。
5、将气球嘴套到橡皮管的一头上。
6、再给第二个气球充水,充水量要少于第一个气球。
7、将这个气球放到第二个塑料瓶中。
8、将气球嘴穿过塑料瓶的孔,然后用衣夹夹住。
9、将气球嘴套到橡皮管的另一头。
10、取掉两个衣夹,这样橡皮管中就充满了水。
11、在两个气球上各放一个带盖的空罐头瓶。
12、在塑料瓶上用记号笔标出罐头瓶瓶底的位置。
13、抓住较大气球上的罐头瓶,然后小心地将它往下压。
实验现象
由于两个气球之间连着橡皮管,所以水从大气球被压到了小气球中,因此小气球上的罐头瓶升高了。这一过程中我们只需稍微用力就行。
原理解释
由于我们给封闭的管道系统中的液体施加了机械外力,液体的压力就升高了。因为压迫了充水的气球,因而水的可用空间就变小了。但作为液体,水会一直试图保持均匀的膨胀,所以当它进入第二个气球中时,它会同时将气球上面的罐头瓶推高。原则上说,这种对气球内液体施加的机械外力很容易被传导,但力的效果却会增强,所以我们只需要很小的力,效果就会非常明显。液压系统在技术上得到应用的一个例子是汽车的刹车系统。当司机踩到刹车踏板时,活塞就会压迫刹车系统容器中的液体。这种液体只有很小的空间,所以在受到压力时会发生移动,这就会导致传递到刹车系统上的压力升高。所以当司机踩踏刹车踏板时,止车垫块就会以更大的力来压迫与车轮相连接的制动盘。此外,拖拉机车斗、叉车臂、挖掘机臂以及带有管套式竖杆的起重机也用到了液压原理,从而可以亳不费力地提升或移动重物。在飞机上,整个机翼阀门以及起落架的开关控制都采用了液压系统。同样,在许多工业机械中也会遇到这一系统,比如压床、辊压机以及磨床,甚至我们家里也可能有带液压装置的干斤顶。当爸爸给汽车换车胎时,使用它可以很客易地把汽车抬起来。英国工程师约瑟夫·布拉马被视为液压力学的奠基人。他于 1795 年研制出了一台用水压推动的流体装置机器,这是一种按照流体静力规律运转的机器,能够将投入的力增大2034 倍。