Исследовательская работа учащегося "Гидравлический пресс и его применение"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №2»

Проект

«Гидравлический пресс и его применение»

Выполнил: Демин Родион,

ученик 8-В класса

 МБОУ «СОШ №2»

Руководитель: Шумова Е.В.,

учитель физики МБОУ «СОШ №2»

Глазов, 2020

Содержание

Введение.

Изучение физических явлений возможно только при возможности наглядного их наблюдения. Продемонстрировать многие физические закономерности удобно с помощью опытов. Лабораторные работы – наиболее насыщенный практикой урок, однако проведение экспериментов украсит любой урок на многих этапах.

Эксперименты по физике можно подразделить на:

• Демонстрационные. Такие эксперименты более сложные и требуют владения экспериментальной техникой на высоком уровне. Нередко в такой форме ставятся и эксперименты, для проведения которых требуется время.
• Массовые. Такое проведение опытов позволяет выполнить работу всем ученикам класса в парах или учебных группах.

Проведение экспериментов повышает интерес к предмету у учеников, делает материал более запоминающимся, дает яркий образ изучаемого явления. Проведение лабораторных работ способствует формированию у учеников аналитического склада ума, стимулирует развитие мышления, способствует активному поиску знаний. Поэтому лабораторное оборудование необходимо для успешного преподавания физики.

Пресс гидравлический служит для изучения устройства и действия пресса гидравлического. Модель может быть использована на уроках физики в 7 классе при изучении темы «Гидравлический пресс».

Модель гидравлического пресса для кабинета физики стоит в пределах -5000 - 6445 рублей (См. рис. 7, 8). Для общеобразовательной школы это большая сумма.

Оборудование в кабинет физике на поставляется более 20 лет.

В связи с этим изготовление моделей физических приборов очень актуально в настоящий момент, по крайней мере, для нашей школы.

Очень часто в нашей повседневной жизни мы сталкиваемся с необходимостью поднимать и перемещать различные предметы. Можете ли вы поднять груз массой 5 кг? А 10 кг? Наверное, можете. А если масса груза будет составлять 200 кг? Как показывает практика, человеческие возможности не безграничны. И тогда приходится использовать «маленькие хитрости», чтобы увеличить силу человеческого воздействия. Это устройство называется гидравлическая машина или гидравлический пресс. Гидравлический пресс позволяет получить большой выигрыш в силе, прикладывая незначительную силу.

Цель: Сделать модель гидравлического пресса для демонстрационных

опытов по физике.

Задачи:

• Поиск и отбор информации из различных источников по теме «Гидравлический пресс»
• Изготовить научный прибор, вызывающий большой интерес у учащихся
• Продемонстрировать действие модели гидравлического пресса
• Пополнить кабинет физики самодельным прибором, изготовленным из подручных материалов.

Гидравлический пресс.

История создания гидравлического пресса

В трактате о равновесии жидкостей, изданном посмертно в 1663 году, Паскаль писал: «Если сосуд, полный водою, закрытый со всех сторон, имеет два отверстия, и одно имеет площадь в сто раз больше, чем другое, с плотно вставленными поршнями, то один человек, толкающий маленький поршень, уравновесит силу ста человек, которые будут толкать в сто раз больший, и пересилит 99 из них». После опубликования трактата Паскаля идея гидравлического пресса витала в воздухе, но осуществить ее на практике не удавалось еще более ста лет, потому что не могли добиться необходимой герметичности сосуда: при больших давлениях вода просачивалась между стенками цилиндра и поршня. В 90-х годах XVIII века за создание гидравлического пресса взялся известный английский изобретатель Брама. Ему тоже пришлось столкнуться с проблемой уплотнения, но эту задачу Браме помог разрешить его сотрудник и будущий великий изобретатель Генри Модели, который придумал особый самоуплотняющийся воротничок (манжету). Изобретение Модели фактически было равно изобретению самого пресса, так как без него он никогда не смог бы работать. В 1797 году Брама построил первый в истории гидравлический пресс. Пресс Брамы послужил образцом для множества других гидравлических приспособлений, изобретенных позже. Например, домкрат - устройство для поднятия тяжестей (См. рис.1). 

После этого появилось много других гидравлических изобретений, например, домкрат — устройство, предназначенное для поднятия тяжестей. В 20-е годы XIX столетия появились прессы для штамповки деталей из мягкого металла, а еще через несколько десятилетий — ковочные прессы для штамповки железных и стальных изделий. В 1875 году английский изобретатель Витворт запатентовал свой ковочный пресс (См. рис.2). Устройство было основано на комбинированном использовании гидравлических аккумуляторов и силовых насосов. Гидравлический пресс Витворта впервые использовали в 1884 году для ковки отливок. В скором времени стало очевидно бесспорное преимущество прессов над паровыми молотами. Так, ковка крупногабаритных деталей прессом была дешевле молота в 7 раз. Вскоре тяжелые паровые молоты заменили прессами.

Принцип действия гидравлического пресса

Принцип  действия гидравлического  пресса  основан на законе Паскаля. Если подействовать на малый поршень с силой, то под малым поршнем возникнет давление. Основной частью гидравлического пресса служат 2 цилиндра разного диаметра, снабжённые поршнями и соединённые трубкой. Пространство под поршням и трубку заполняют жидкостью. Высота столбов жидкости в обоих цилиндрах одинаковы, пока на поршни не действуют силы (См. рис.3).

Сила, действующая на больший поршень, во столько раз больше силы, действующей на малый поршень, во сколько раз площадь большего поршня больше площади малого.

Модели гидравлического пресса

Модель 1. Для изготовления простейшей модели гидравлического пресса нам потребуется два шприца разного сечения (толстый и тонкий), капельница подкрашенная жидкость.

Отрезаем кусок шланга от капельницы и натягиваем на концы шприцов. Кончики шланга можно подогреть спичкой, зажигалкой или над газом чтобы легче надевались. Заполняем систему жидкостью.

Изготовить штатив (подставку) для крепления модели гидравлического пресса. После этого можно демонстрировать полученную модель (См. Рис. 9).

Стоимость Модели №1:

Используя данную модель можно решить с учащимися экспериментальную задачу: Определить выигрыш в силе, который дает данный пресс.

Расчет выигрыша в силе, который дает данная модель гидравлического пресса.

Диаметр малого поршня – 19 мм = 0,019 м

Диаметр большого поршня – 38 мм = 0,038 м

Площадь поршня вычисляем по формуле площади круга: πd2/4

Площадь малого поршня – (3,14*0,0192)/4=0,00028 м2

Площадь большого поршня -  (3,14*0,0382)/4=0,00113 м2

Выигрыш в силе -   S2/S1= 0,00113/0,00028= 4,03

Результат: Данная модель дает выигрыш в силе в 4 раза.

Модель 2. Данный пресс хоть и очень простой и ни имеет никакой электроники, но он все равно очень эффективный. Имея небольшие размеры его можно использовать в быту для своих нужд. К примеру этот пресс может спокойно расколоть грецкий орех или сдавить алюминиевую банку (См. Рис. 10).

Для изготовления гидравлического пресса понадобится: ровные деревянные доски, капельница, разветвители для капельницы,
шприцы, клей, канцелярский нож, скотч.

Изготовим сначала «мега» шприц. Берём два шприца и у одного с помощью канцелярского ножа отрезаем переднюю часть, а у второго заднюю часть.  Соединяем оба шприца с помощью скотча (изоленты), можно все это дело укрепить с помощью супер клея, главное чтобы было герметично и крепко. Теперь для "мега" шприца нужно сделать поршень аналогичным способом. У одного отрезаем переднюю часть, а у второго заднюю, соединяем обе половинки с помощью клея и делаем укрепление места соединения Изолентой или скотчем (либо другим способом).

Тестируем. Герметичность очень важна!

Стоимость Модели №2:

Модель 3. Теперь необходимо взять разветвитель для капельницы. Затем нужно сделать два клапана. Берём маленькую бусинку такого размера чтобы она была чуть больше диаметра "носика" шприца, после чего берём оставшиеся передние части шприцов и склеиваем их в месте так как показано на фото, заранее положив внутрь бусинку (См. рис. 5). Собираем всю конструкцию. Получаем более мощную модель гидравлического пресса.

Применение

Гидравлические прессы применяются там, где требуется большая сила. Например, для выжимания масла из семян на маслобойных заводах, для прессования фанеры, картона, сена. На металлургических заводах гидравлические прессы используют при изготовлении стальных валов машин, железнодорожных колёс и многих других изделий.

Современные гидравлические прессы могут развивать силу в десятки и сотни миллионов ньютонов.

Самый простой пример использования гидравлического пресса – гидравлический домкрат (См. Рис. 6). Домкрат – незаменимая деталь каждого автомобилиста. На дороге порой случаются непредвиденные обстоятельства, в том числе и прокол колеса. Поэтому домкрат должен быть в багажнике каждого транспортного средства, особенно, когда вы отправляетесь в далёкое путешествие. Благодаря гидравлическому механизму человек может без труда поднять автомобиль.

В автомастерской кроме домкратов, вы можете увидеть и гидравлические прессы самого разного назначения. Автослесарь сам выбирает, с какой моделью пресса ему работать. С помощью мощного механизма выполняется замена разных подшипников, рычагов подвески авто. И тут ещё раз важно неукоснительно соблюдать правила техники безопасности при работе с гидравлическим оборудованием, потому что создаётся очень большое давление. Следует также правильно ухаживать за оборудованием, вовремя его смазывать.

Гидравлический пресс используют и в сельском хозяйстве: для прессования сена и выжимки масла из семян, выжимки винограда и приготовления различных соков.

Кроме промышленности, где прессы используют для поднятия тяжестей, прессования, ремонтных работ, разгрузочно – погрузочных работ, прессы используют ювелиры. С его помощью можно произвести штамповку изделий из драгметаллов. Техника работает безупречно, не повреждая изящных украшений.

Кроме того, прессы нашли применение в пищевом производстве. Их используют для приготовления теста, отжима и других процессах.

Заключение.

Модель «Гидравлического пресса» будет необходима учителю при изучении темы «Гидравлический пресс» курсе физики 7 класса. Данное устройство имеет малую себестоимость. Его может изготовить любой ученик при желании.

Из проделанной работы я узнал для себя много нового и полезного. Новым для меня было применение прессов для изготовления ювелирных изделий и на хлебозаводе. Благодаря этой проектной работе я стала лучше понимать физический закон Паскаля и его применение.

Закончив свой проект я могу сказать, что цель достигнута.

Источники информации:

1. Перышкин А.В. Физика. 7 класс: учеб. для общебразоват. учреждений/ А.В.Перышкин. – 2-е изд., стереотип. –М.: Дрофа, 2013. – 221с.
2. Громов С.В. Физика. Учеб. для 7кл. общеобразоват. учреждений / С.В.Громов, Н.А.Родина. – 4-е изд. М.: Просвещение, 2002. – 158с.
3. Википедия https://ru.wikipedia.org/wiki
4. http://mirnovogo.ru/gidravlicheskij-press
5. https://usamodelkina.ru/10627-kak-sdelat-ochen-prostoy-i-kompaktnyy-gidravlicheskiy-press-iz-shpricov-svoimi-rukami.html
6. https://www.youtube.com/watch?v=NHOVHpBnz3E
7. https://www.youtube.com/watch?v=CbGrjhDtLGw
8. https://www.youtube.com/watch?v=dLs5PoRenPA
9. http://www.diagram.com.ua/info/engineering-and-technology/engineering-and-technology112.shtml

Приложения

Рис. 1. Гидравлический пресс Брама.

Рис. 2. Пресс Витворта.

Рис. 3. Схема гидравлического пресса

Рис. 4.Простейшая модель гидравлического пресса.

Рис. 5. Изготовление клапана.

Рис. 6. Схема домкрата

Рис. 7. Модель гидравлического пресса (6445 рублей).

Рис. 8. Модель гидравлического пресса (5000 рублей). 

Рис. 9. Модель №1. Гидравлического пресса, изготовленная в проекте.

Рис. 10. Модель №2. Гидравлического пресса, изготовленная в проекте.