Cum rămâne cu energia?
Un alt mod de a înțelege hidraulica este să ne gândim la energie.
Am văzut deja că vâslele hidraulice ne pot oferi mai multă forță sau viteză, dar nu le pot face pe amândouă în același timp – și asta din cauza energiei. Priviți din nou graficul cu pistolul de apă de mai sus.Dacă apăsați rapid pe țeava îngustă (cu puțină forță), pistonul de pe țeava lată se ridică încet (cu multă forță). De ce se întâmplă acest lucru? O lege de bază a fizicii, numită legea conservării energiei, spune că nu putem crea energie din nimic. Cantitatea de energie pe care o folosiți pentru a mișca pistonul este egală cu forța pe care o folosiți înmulțită cu distanța pe care o parcurgeți. Dacă pistolul nostru cu apă produce de două ori mai multă forță la capătul lat decât cea pe care o furnizăm la capătul îngust, acesta se poate deplasa doar pe jumătate din distanță. Acest lucru se datorează faptului că energia pe care o furnizăm prin împingerea în jos este transportată de-a lungul țevii până la celălalt capăt. Dacă aceeași cantitate de energie trebuie acum să deplaseze o forță de două ori mai mare, ea poate să o deplaseze doar pe jumătate din distanță în același timp. De aceea, capătul mai lat se mișcă mai încet decât capătul îngust.
Hidraulica în practică
Puteți vedea hidraulica la lucru în acest excavator.Când șoferul trage de un mâner, motorul excavatorului pompează lichid în țevile și cablurile înguste (ilustrate în albastru), forțând berbecii hidraulici (ilustrați în roșu) să se extindă. Berbecii arată ca niște pompe de bicicletă care funcționează în sens invers. Dacă puneți mai mulți berbeci împreună, puteți face ca brațul unui excavator să se extindă și să se miște la fel ca cel al unei persoane, doar că cu o forță mult mai mare. Berbecii hidraulici sunt, de fapt, mușchii excavatorului:
Foto: Există mai multe berbeci hidraulici diferiți la lucru în acest excavator. Berbecii sunt reprezentați prin săgeți roșiiși țevile și cablurile hidraulice înguste și flexibile care îi alimentează, în albastru.
Care berbec funcționează ca un pistol de apă alimentat cu motorină în sens invers:
Fotografie: Prim-plan al berbecilor hidraulici ai unui excavator.
Motorul pompează fluidul hidraulic prin una dintre țevile subțiri pentru a deplasa berbecul mai gros cu o forță mult mai mare, așa:
Foto: Cum multiplică forța un berbec hidraulic.
S-ar putea să vă întrebați cum se poate mișca un berbec hidraulic atât spre interior, cât și spre exterior, dacă fluidul hidraulic îl împinge întotdeauna dintr-o singură direcție. răspunsul este că fluidul nu împinge întotdeauna în același fel. Fiecare berbec este alimentat din părți opuse de două țevi separate.În funcție de direcția în care se mișcă fluidul, berbecul împinge fie spre interior, fie spre exterior, foarte încet și fără probleme, după cum arată clar această mică animație:
Foto: Un berbec hidraulic se mișcă fie spre interior, fie spre exterior, în funcție de direcția în care curge fluidul hidraulic.
Până data viitoare când ieșiți la plimbare, vedeți câte mașini hidraulice puteți identifica. S-ar putea să fiți surprins de cât de multe camioane, macarale, excavatoare, excavatoare, excavatoare și buldozere le folosesc.Iată un alt exemplu: un tăietor hidraulic de gard viu pe spatele unui tractor. Capul de tăiere trebuie să fie robust și greu pentru a tăia gardul viu și copacii și șoferul nu are cum să îl ridice sau să îl poziționeze cu mâna. Din fericire, comenzile hidraulice fac toate acestea în mod automat: cu ajutorul mai multor articulații hidraulice, un pic ca un umăr, un cot și o încheietură, tăietorul se mișcă cu la fel de multă flexibilitate ca un braț uman:
Foto: Un tăietor de gard viu hidraulic tipic.
Hidraulică ascunsă
Nu toate mașinile hidraulice sunt însă atât de evidente; uneori, berbecii lor hidraulici sunt ascunși la vedere. Ascensoarele („lifturi”) își păstrează mecanismele de lucru bine ascunse, astfel încât nu este întotdeauna evident dacă funcționează în mod tradițional (trase în sus și în jos de un cablu atașat la un motor) sau dacă folosesc în schimb sistemul hidraulic. Ascensoarele mai mici folosesc adesea simple vâsle hidraulice montate direct sub sau de-a lungul puțului liftului. Acestea sunt mai simple și mai ieftine decât ascensoarele tradiționale, dar pot folosi destul de multă putere.
Motoarele sunt un alt exemplu în care sistemul hidraulic poate fi ascuns la vedere. Motoarele electrice tradiționale folosesc electromagnetismul: atunci când un curent electric trece prin bobinele din interiorul lor, acesta creează o forță magnetică temporară care împinge împotriva unui inel de magneți permanenți, făcând ca arborele motorului să se rotească.Motoarele hidraulice sunt mai mult ca niște pompe care funcționează în sens invers. Într-un exemplu, numit motor hidraulic cu roți dințate, fluidul intră în motor printr-o țeavă, făcând să se rotească o pereche de roți dințate care se angrenează strâns, înainte de a ieși înapoi printr-o altă țeavă. Una dintre angrenaje este conectată la arborele motorului care antrenează ceea ce motorul alimentează, în timp ce cealaltă („rotița”) pur și simplu se rotește liber pentru ca mecanismul să fie complet. În timp ce un berbec hidraulic tradițional folosește puterea unui fluid pompat pentru a împinge berbecul înainte și înapoi pe o distanță limitată, un motor hidraulic folosește un fluid care curge continuu pentru a roti arborele atât timp cât este necesar. Dacă doriți să faceți motorul să se rotească în direcția opusă,este suficient să inversați fluxul de fluid. Dacă doriți să îl faceți să se rotească mai repede sau mai încet, măriți sau micșorați debitul de fluid.
Opera de artă: Un motor cu angrenaj hidraulic simplificat. Fluidul (galben) intră prin stânga, învârte cele două angrenaje și iese prin dreapta. Unul dintre angrenaje (roșu) alimentează arborele de ieșire (negru) și mașina la care este conectat motorul. Celălalt angrenaj (albastru) este o rotiță dințată.
De ce ați folosi un motor hidraulic în loc de unul electric? În timp ce un motor electric puternic trebuie, în general, să fie foarte mare, un motor hidraulic la fel de puternic poate fi mai mic și mai compact, deoarece își ia energia de la o pompă aflată la o anumită distanță. De asemenea, puteți utiliza motoare hidraulice în locuri în care electricitatea ar putea să nu fie viabilă sau sigură – de exemplu, sub apă sau acolo unde există riscul ca scânteile electrice să creeze un incendiu sau o explozie. (Another option, in that case, is to use pneumatics—the power of compressed air.)
