"От насоса до реактора" Научно-исследовательская работа с элементами конструирования.

Школьная научно-исследовательская конференция

                            « Я - исследователь»

                       « От насоса до реактора»

                                      Секция физика

                                                                        Подготовил Закалин Андрей

                                                   Ученик 6В класса

                                                                        Руководитель Екушова В.А.

                                             Самара 2014г

Содержание

Введение

1. Гидравлические механизмы

2  Конструирование гидравлического подъёмника

3.Заключение

1.1Гидравлические механизмы 

Архимед прославился многими механическими конструкциями. Рычаг был известен и до Архимеда, но лишь Архимед изложил его полную теорию и успешно её применял на практике. Плутарх сообщает, что Архимед построил в порту Сиракуз немало блочно-рычажных механизмов для облегчения подъёма и транспортировки тяжёлых грузов. Изобретённый им архимедов винт (шнек) для вычерпывания воды до сих пор применяется в Египте.

Архимед является и первым теоретиком механики. Он начинает свою книгу «О равновесии плоских фигур» с доказательства закона рычага. В основе этого доказательства лежит аксиома о том, что равные тела на равных плечах по необходимости должны уравновешиваться. Точно также и книга «О плавании тел» начинается с доказательства закона Архимеда. Эти доказательства Архимеда представляют собой первые мысленные эксперименты в истории      

Почему выгодно использовать гидравлические механизмы?

Передача давления      

 Жидкости несжимаемы, т. е. их объем не уменьшается под давлением. Поэтому если к жидкости, заключенной в сосуде, приложить давление в одной точке, то оно будет передано по всей жидкости. Закон Паскаля утверждает, что давление на жидкость, находящуюся в замкнутом сосуде, передается во все точки этой жидкости вне зависимости от формы данного сосуда.

Это может быть продемонстрировано при помощи стеклянного сосуда, изображенного на рисунке. Когда к поршню прилагается сила, то давление, которое он производит на воду, распространяется рав­номерно по всему объему воды и вода выходит из каждой дырочки с одинаковой скоростью. Другим примером равномерного распространения давления может служить вода, вытекающая из насадки лейки, при этом вытекать воду заставляет давление столба жидкости h в лейке. Высота столба жидкости также весьма важна для снабжения домов. Вода, содержащаяся в высоких резервуарах, подается по трубам в дома, находящиеся на более низком уровне.

Гидравлические механизмы

Передача давления используется в гидравлических механизмах, в которых малая сила,  приложенная  к какой-то точке, создает гораздо большую силу в другой. На рисунке сила F1 приложена к поршню площадью А1и давление p = F1/A1 распространяется по всей жидкости. Давление р передается и большему поршню площадью А2, на который начинает действовать направленная вверх сила рА2. Поэтому малой силой F1 можно уравновесить большую силу F2 = p х A2 = F1A2/A1 при условии, что отсутствует потеря эффективности вследствие утечки жидкости через поршни. Таким образом, приложенная сила F1 увеличивается в А2/А1 раз. Механизм с таким расположением поршней при идеальных условиях дает выигрыш в силе, определяемый отношением A2/A1. Практическим применением этого принципа является гидравлический домкрат, используемый для поднятия автомобилей. Усилие прилагается через простой рычаг, который увеличивает эффективность действия механизма. Клапан V1 не дает жидкости вытечь обратно, когда усилие перестает действовать на рычаг; клапан V2 позволяет пополнять из резервуара жидкость по мере подъема автомобиля, чтобы обеспечить полное наполнение системы жидкостью в течение всего времени. Третий клапан (не показанный на рисунке) позволяет жидкости вернуться в резервуар, чтобы давление упало и автомобиль опустился на исходную позицию. Между стенками поршней и цилиндров имеются специальные самораспирающиеся кольцевые прокладки, которые умень­шают утечку жидкости через поршни. Тот же принцип используется в гидравлическом кране. В гидравлическом прессе над поршнем помещается массивная жесткая плита, что дает воз­можность создавать громадные силы, например, прессовать из стальных листов кузова автомобилей.

2.1Тормозная система автомобиля

Современные автомобили часто имеют дисковые тормоза на передних колесах и барабанные - на задних. И те и другие управляются гидравлическим давлением. Нажатие ногой на педаль тормоза передается через рычаг на поршень, и таким образом увеличивается давление тормозной жидкости в цилиндре. Увеличение давления передается равномерно и одновременно на все четыре колеса показывает только одну сторону автомашины). Это увеличенное давление заставляет поршни в колесных цилиндрах сдвинуть тормозные колодки и сдавить вращающийся барабан, тормозя таким образом задние колеса. В то же время поршни впереди заставляют выдвинуться тормозные накладки и зажать вращающийся диск, тормозя передние колеса. Когда давление ноги прекращается, возвратные пружины оттягивают тормозные колодки от барабана, одновременно возвращая тормозную жидкость в ци­линдр.

      Малая сжимаемость жидкостей и их способность передавать равномерно давление используются во многих механизмах, которые имеют общее название — гидравлические машины. Гидравлические машины — это машины, действие которых основано на законах движения и равновесия жидкостей.

       Основной частью гидравлической машины являются два цилиндра разного диаметра, соединенные трубкой и снабженные поршнями. Пространство цилиндров заполняют жидкостью. Такой жидкостью, как правило, является специальное масло. Так как два цилиндра — сообщающиеся сосуды, при отсутствии нагрузки на поршни жидкость устанавливается в цилиндрах на одном уровне.

       Простейший гидравлический механизм показан на рисунке. Он состоит из двух цилиндров различных объемов, соединенных между собой. В цилиндры залита несжимаемая жидкость, и в них находятся подвижные поршни. Приложив к малому поршню некоторую силу, мы через него оказываем давление на жидкость внутри цилиндров. Благодаря тому что давление в жидкости передается во все стороны одинаково, на больший поршень оказывается такое же давление, как и на малый. При этом сила, с которой больший поршень воздействует на тело, которое на нем находится, возрастает пропорционально площади поршня. Во сколько раз площадь одного поршня больше площади другого поршня, во столько раз будет выигрыш в силе при использовании гидравлических механизмов.

Рис.

      С помощью гидравлических механизмов можно за счет использования малых сил получить большие силы. Но, так же как и в случае с рычагом (согласно золотому правилу механики), получая в несколько раз выигрыш в силе, мы во столько же раз проигрываем в перемещении.

Наблюдай и объясняй. Возьми два шприца разного диаметра. Вытяни поршень маленького шприца. Соедини шприцы резиновой трубкой, плотно прилегающей к их носикам (рис. 106). Задвинь поршень маленького шприца. Объясни, почему поршень большого шприца передвинулся на расстояние меньшее, чем поршень маленького шприца.

Рис.

1.3 Где и как используются гидравлические механизмы?

                  Гидравлические машины широко используются в технике. Гидравлическую машину, которая служит для прессования (сдавливания) тел, называют гидравлическим прессом.

       Гидравлический пресс работает следующим образом. Прессуемое тело кладут на платформу, соединенную с бóльшим поршнем. При помощи малого поршня создается давление на жидкость. По закону Паскаля это давление без изменения передается по всей жидкости, заполняющей цилиндры, в том числе и на бóльший поршень. При подъеме этого поршня тело будет упираться в неподвижную верхнюю платформу и сжиматься. На производстве с помощью гидравлических прессов (рис. 107) обрабатываются металлы, прессуется картон, фанера. Для ковки и штамповки металлов используют гидравлический молот.

Рис.

      В быту большое распространение получили гидравлические домкраты (С их помощью можно приподнять даже многотонный автомобиль в случае ремонта.

Рис.

 Тормозная система современного легкового автомобиля тоже представляет собой гидравлический механизм. Оказывая сравнительно небольшое усилие на педаль тормоза, через главный тормозной цилиндр давление тормозной жидкости передается на четыре рабочих тормозных цилиндра. Благодаря большой площади поршней рабочих цилиндров сила воздействия их на тормозные колодки колес увеличивается во много раз. Тормозная система автомобиля должна быть полностью герметична, чтобы в нее не попал воздух. Воздух обладает большой сжимаемостью, поэтому при его попадании в тормозную систему торможение автомобиля становится менее эффективным. При ремонтных работах, связанных с тормозной системой автомобиля, необходимо помнить, что тормозная жидкость ядовита и следует избегать ее попадания на открытые участки тела.

2..Конструирование гидравлического подъёмника

3.Применение

В бурении скважин расчет гидравлической программы бурения чрезвычайно важен для строительства качественной скважины. Например, насосы для подачи бурового раствора в скважину могут развивать сотни атмосфер при подаче до 50-60 литров в секунду. Необходимость использования таких мощных агрегатов обусловлено глубиной бурения, ведь в настоящее время она составляет от 3 километров и более. После окончания бурения происходит освоение и скважины и начало добычи углеводорода. На более поздних этапах разработки необходимо также использовать насосы, но в этот раз для поднятия нефти из скважины;

Используемые ресурсы Интернета

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/Гидравлика
2. . https://www.google.ru/search?q=