⚙️ Принцип работы гидравлической машины

Гидравлическая система — это комплекс механизмов и компонентов, предназначенных для передачи энергии и управления движением через использование гидравлической среды, чаще всего масла. Принцип работы гидравлических систем заключается в преобразовании механической энергии приводного двигателя в гидравлическую и передаче мощности к рабочим органам промышленного оборудования.

Основной частью любой гидравлической машины являются два соединенных между собой цилиндра разного диаметра, снабженных поршнями.
Цилиндры заполнение жидкостью, чаще всего маслом и представляют собой сообщающиеся сосуды.
Рассмотрим как работает гидравлическая машина.
Пусть на большой поршень площадью S₁ действует сила F₁.
Эта сила будет оказывать на поршень давления P₁.
Давления P₁ передается жидкости, находящийся под большим поршнем.
Согласно закону Паскаля, давления производима на жидкость или газ, передается по всем направлениям без изменения.
Следовательно, давления будет передаваться жидкости, находящиеся под меньшим поршнем, площадью S₂ и на него, со стороны жидкости, будет действовать давления P₂, равная давлению P₁.
Чтобы жидкость и поршни находились в равновесии, на меньший поршень положим груз.
Поскольку для площадей поршней выполняется соотношения S₂ больше S₁, то сила F₂, действующая на меньший поршень, меньше силы F₁ действующей на больший поршень.
При чем, во сколько раз площадь меньшего поршня меньше площади большого, во столько же раз сила F₂ меньше силы F₁.
Таким образом, гидравлическая машина дает выигрыш в силе во столько раз, во сколько раз площадь большого поршня больше площади малого.
Это значит, что с помощью небольшой силы, приложенной к малому поршню гидравлической машины, можно уравновесить существенно большую силу, приложенную к большому поршню. #physics #опыты #физика #gif #анимация #видеоуроки #гидравлика #гидродинамика

💧 Принцип работы гидравлического пресса

💩 Закон Бернулли объясняет, почему корабли, плывущие рядом, притягиваются друг к другу.

💨⚾️ Эффект зависания шарика в потоке воздуха

💧 Гидравлика (12 частей)

❌ Незнание физики не освобождает от выполнения её законов

💨 Шарик в потоке жидкости 🟡

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

😵‍💫 Спиральный водяной насос

Водяной насос со спиральной трубой является методом откачки воды с подливным водоподъемным колесом, которое имеет лопатку, соединенную со спиральной трубой. По мере поворота колеса, лопатка обеспечивает спиральную трубу либо водой, либо воздухом. Давление от гидростатического напора, вырабатываемого водяным столбом, обеспеченного лопаткой, добавляется к давлению от предыдущих лопаток, и, таким образом, при повороте колеса увеличивается давление воды с каждым поворотом спирали. Основная характеристика спирального водяного насоса состоит в том, что он может откачивать воду без необходимости в электричестве или топливе. Он работает на энергии расхода воды. После сооружения, спиральный водяной насос способен выталкивать воду на высоту до 30 метров (горизонтальный толчок) и на расстояние до 70 метров (вертикальный толчок). Толчок воды (насколько вода будет вытолкнута горизонтально или вертикально) зависит от размера колеса Спирального Водяного Насоса, и сколько труб уложено вокруг колеса.

Спиральный водяной насос: Когда колесо вращается при помощи гидроэнергии, «заглатывание» обеспечивает поступление воды или воздуха в трубу при каждом
вращении. Сочетание воды и воздуха в трубе создает увеличенное давление при каждом вращении колеса. Данное созданное давление позволяет воде выталкиваться на определенную высоту.

😓 Самый интересный подвох: если в центре такого насоса гидравлическая нагрузка, а сами трубки очень узкие, то вода может поступать плохо из-за эффекта поверхностного натяжения. Наглядный пример посмотрите в видео. #гидростатика #опыты #физика #механика #physics #science #гидродинамика #изобретения

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🔥 Физика в чашке с водой

🕯Через некоторое время после того, как зажигается свеча, дощечка из пробкового дерева начинает вращаться. Почему же это происходит? Нагрев полой трубки приводит к тому, что воздух внутри расширяется и начинает выходить из концов трубки под водой. Каждый оторвавшийся пузырек воздуха придает импульс и вращающий момент системе. Однако, первоначальное движение (скорее всего) начинается за счет нагрева, расширения и выброса жидкости из загнутых концов трубки. Т. е. старт вращения по принципу реактивного движения. #видеоуроки #physics #физика #опыты #термодинамика #gif #гидродинамика #эксперименты

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

⚙️ Как работают шестеренные насосы и где их применяют?

Шестерённые насосы — устройства объёмного типа, предназначенные для перекачки жидкостей различной вязкости. Их работа основана на принципе вращения двух зубчатых колёс, создающих замкнутый объём, через который жидкость перемещается от входного к выходному отверстию. Особенность работы — способность создавать высокое давление даже при работе с вязкими жидкостями за счёт точного зацепления шестерён и герметичности корпуса.

Процесс работы шестерённого насоса:
1. Жидкость поступает во входной патрубок насоса.
2. При вращении шестерён зубья захватывают жидкость и перемещают её вдоль внутренней поверхности корпуса.
3. Жидкость изолируется в полостях между зубьями и корпусом, что предотвращает обратный поток.
4. За счёт плотного зацепления шестерён жидкость выталкивается через выходной патрубок, создавая давление.
5. Этот процесс повторяется циклически, обеспечивая непрерывную подачу жидкости.

Существует несколько видов шестерённых насосов, различающихся по принципу работы и конструкции:
▪️Насосы с внешним зацеплением — две шестерни находятся в зацеплении друг с другом, но не соединены внутри корпуса.
▪️Насосы с внутренним зацеплением — одна шестерня расположена внутри другой, а жидкость перемещается через их внутренний зазор. Такой механизм снижает пульсации и делает насосы более эффективными при работе с вязкими жидкостями.

💧 Гидравлика (12 частей)

🧲 Насос без подвижных частей может перекачивать жидкость, но как? ⚡️

💦 Рабочий насос с гибким рабочим колесом

#видеоуроки #physics #физика #опыты #механика #техника #гидродинамика #эксперименты

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🟢 Инерция: почему она не работает в данном опыте? Почему шарик в воде отклоняется в другую сторону?

Попробуйте подумать самостоятельно и написать свой ответ в комментариях. Обсуждаем задачу здесь... ✍🏻

#физика #опыты #эксперименты #наука #science #physics #механика #гидродинамика #видеоуроки #гидростатика

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

😵‍💫 Спиральный водяной насос

Водяной насос со спиральной трубой является методом откачки воды с подливным водоподъемным колесом, которое имеет лопатку, соединенную со спиральной трубой. По мере поворота колеса, лопатка обеспечивает спиральную трубу либо водой, либо воздухом. Давление от гидростатического напора, вырабатываемого водяным столбом, обеспеченного лопаткой, добавляется к давлению от предыдущих лопаток, и, таким образом, при повороте колеса увеличивается давление воды с каждым поворотом спирали. Основная характеристика спирального водяного насоса состоит в том, что он может откачивать воду без необходимости в электричестве или топливе. Он работает на энергии расхода воды. После сооружения, спиральный водяной насос способен выталкивать воду на высоту до 30 метров (горизонтальный толчок) и на расстояние до 70 метров (вертикальный толчок). Толчок воды (насколько вода будет вытолкнута горизонтально или вертикально) зависит от размера колеса Спирального Водяного Насоса, и сколько труб уложено вокруг колеса.

Спиральный водяной насос: Когда колесо вращается при помощи гидроэнергии, «заглатывание» обеспечивает поступление воды или воздуха в трубу при каждом
вращении. Сочетание воды и воздуха в трубе создает увеличенное давление при каждом вращении колеса. Данное созданное давление позволяет воде выталкиваться на определенную высоту.

😓 Самый интересный подвох: если в центре такого насоса гидравлическая нагрузка, а сами трубки очень узкие, то вода может поступать плохо из-за эффекта поверхностного натяжения. Наглядный пример посмотрите в видео. #гидростатика #опыты #физика #механика #physics #science #гидродинамика #изобретения

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

💦 Задача: «Вихревая струя космического садовника» 💦

Космический садовник для полива своей оранжереи использует цилиндрический бак высотой H = 20 м, заполненный водой. Чтобы создать искусственную гравитацию, бак вращается вокруг своей вертикальной оси с постоянной угловой скоростью ω = 2 рад/с.

В боковой стенке бака у его дна, на расстоянии R₀ = 1 м от оси вращения, проделано малое цилиндрическое отверстие, ось которого горизонтальна. Считайте, что уровень воды в баке поддерживается постоянным, и глубина воды над отверстием равна H (т.е. свободная поверхность находится на высоте H над отверстием). Течение — стационарное, жидкость — идеальная и несжимаемая. Давление на свободной поверхности атмосферное.

Вопрос: Найдите уравнение траектории (форму) струи, вытекающей из отверстия, в системе отсчета, связанной с вращающимся баком. Проигнорируйте сопротивление воздуха и считайте, что струя находится в вакууме.
#задачи #физика #разбор_задач #physics #механика #гидравлика #гидродинамика #science

⚠️ Указание: Вращающаяся система отсчета является неинерциальной. Для решения используйте интеграл Бернулли, записанный для неинерциальной системы отсчета, где к массовым силам добавляется центробежная сила. Учтите, что в системе бака течение стационарно, и частицы жидкости начинают движение из отверстия с начальной скоростью, направленной радиально.

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

😭 Наглядный пример того, что физика нужна в жизни

Перед вами эксперимент, который позволяет слить воду через более высокую границу, если выполнить некоторые условия — создать сифон (в данном случае объемный)

Сифон — это изогнутая трубка, используемая для переливания жидкости из одного сосуда в другой, когда эти сосуды находятся на разных уровнях. Ключевая особенность в том, что жидкость самостоятельно поднимается по колену трубки, а затем сливается вниз, в сосуд с более низким уровнем.

Представьте себе цепь, перекинутую через блок. Если с одной стороны блока свисает более длинный и тяжелый кусок цепи, он потянет за собой всю цепь, включая тот участок, который приходится подниматься вверх по другой стороне. С жидкостью в сифоне происходит нечто очень похожее. Здесь работают два ключевых физических закона:
➖ Атмосферное давление.
➖ Закон сообщающихся сосудов (и гравитация).

1. Предварительное заполнение. Сначала сифонную трубку нужно заполнить жидкостью (например, втянуть воздух ртом или с помощью насоса). Это важно, чтобы внутри не было воздуха, который бы "разорвал" столб жидкости. На видео это делается вращательными движениями — жидкость поднимается выше с помощью силы инерции при вращении.

2. Давление в точках A и B. Представим, что у нас есть два колена трубки:
➖ Короткое колено опущено в верхний сосуд (точка A).
➖Длинное колено опущено в нижний сосуд (точка B).

На поверхность жидкости в обоих сосудах давит атмосферное давление (обозначим его Pₐтм). Оно примерно одинаково для обоих сосудов.

3. "Проталкивающая" сила. Жидкость — это цепь связанных молекул. Рассмотрим давление в самой высокой точке изгиба трубки (точка C).
➖ Со стороны длинного колена (C→B) на точку C давит столб жидкости высотой h₂. Это давление P₂ = ρ * g * h₂ (где ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения). Оно направлено ВНИЗ, к точке B.
➖ Со стороны короткого колена (C→A) на точку C давит столб жидкости высотой h₁. Это давление P₁ = ρ * g * h₁. Оно также направлено ВНИЗ, к точке A.

4. Ключевой момент: разница давлений. Поскольку h₂ > h₁, то P₂ > P₁. То есть, давление, "тянущее" жидкость вниз по длинному колену, сильнее, чем давление, "тянущее" ее вниз по короткому колену.

5. Результат. Эта разница давлений (P₂ - P₁) создает силу, которая проталкивает жидкость через самую высокую точку C и заставляет ее течь в сторону длинного колена, то есть в нижний сосуд. Атмосферное давление в верхнем сосуде постоянно подталкивает новую жидкость в короткое колено, чтобы компенсировать уходящую.

Схема: (Верхний сосуд) Уровень A —> (Точка C, самая высокая) —> (Нижний сосуд) Уровень B

⤴️⤵️ Почему она поднимается, если потом опускается? Жидкость поднимается на высоту h₁ не "сама по себе", а потому что ее туда толкает сила, создаваемая более тяжелым и длинным столбом жидкости h₂ в другой части трубки. Подъем — это лишь "необходимая жертва" на пути к общему снижению потенциальной энергии системы. Система стремится к состоянию с наименьшей энергией, и жидкость, перетекая из верхнего сосуда в нижний, как раз этого и достигает.

💩 Важные ограничения сифона:

▪️ Высота подъема (h₁) ограничена. Жидкость может подняться только до того уровня, где давление в самой высокой точке (C) не станет равно нулю (точнее, давлению насыщенных паров жидкости). На практике это означает, что h₁ не может превышать ~10 метров для воды при нормальном атмосферном давлении, так как столб воды высотой 10 метров создает давление, равное атмосферному. Если h₁ будет больше, столб жидкости разорвется.
▪️ Работает только с атмосферным давлением. В вакууме сифон работать не будет.
▪️ Уровень в верхнем сосуде должен быть выше уровня в нижнем. Иначе перетекания не будет.

Эффект сифона — это движение жидкости по трубке из сосуда с более высоким уровнем в сосуд с более низким уровнем, при котором жидкость на своем пути самостоятельно поднимается вверх выше уровня верхнего сосуда. #гидростатика #гидродинамика #физика #physics #опыты

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🥺 Лопасти винта складываются для кардинального снижения гидродинамического сопротивления, когда двигатель не работает, а судно движется за счет другой силы (например, парусов) или просто дрейфует.

Что такое гидродинамическое сопротивление? Это сила, которая противодействует движению тела в воде. Оно складывается из нескольких компонентов, но в нашем случае ключевую роль играют два:
▪️Сопротивление трения: Связано с вязкостью воды. Чем больше смоченная поверхность тела, тем выше сопротивление.
▪️Сопротивление формы (или давление): Связано с разницей давлений на носовой и кормовой частях тела. "Лобовые" элементы, создающие турбулентность и разрежение за собой, сильно увеличивают это сопротивление.

Неподвижный винт с жестко закрепленными лопастями — это идеальный генератор сопротивления формы. Представьте себе лопасть винта:
▪️Она имеет сложный аэродинамический профиль, оптимизированный для работы в режиме тяги (когда вращается и "ввинчивается" в воду).
▪️Когда судно движется, а винт неподвижен, поток воды набегает на лопасть под отрицательным углом атаки (фактически, с "обратной", нерабочей стороны).
▪️В таком режиме профиль лопасти работает крайне неэффективно: за лопастью образуется мощная зона турбулентности и кавитации (разрывов потока), что создает очень высокое сопротивление давления.

Аналогия: Попробуйте протащить по воде обычную ложку выпуклой стороной вперед. А потом — ребром. Разница в сопротивлении будет колоссальной. Неподвижный винт — это и есть несколько таких "ложек", создающих огромный тормозящий эффект. Для парусной яхты это означает потерю скорости до 0.5-1 узла, что очень много в условиях слабого ветра.

В сложенном положении лопасти поворачиваются вокруг своих осей и складываются вдоль линии потока воды, параллельно валу или в специальные выемки в ступице. Что это дает с точки зрения гидродинамики:

1. Резкое снижение сопротивления формы: Вместо объемных, необтекаемых лопастей, поток воды обтекает компактную, обтекаемую ступицу и сложенные лопасти. Зона турбулентности и разрежения за ними минимальна.

2. Уменьшение смоченной поверхности: Сложенные лопасти представляют собой гораздо меньшую площадь, что снижает сопротивление трения.

В результате, сложенный винт создает сопротивление, сравнимое с сопротивлением простого стержня (вала), что позволяет судну развивать значительно большую скорость под парусами или экономить топливо на буксире. Обычно складывание/раскладывание происходит автоматически под действием двух сил:

1. Центробежная сила: При запуске двигателя и раскрутке вала центробежная сила стремится "выбросить" лопасти наружу, преодолевая усилие специальных пружин или грузов.

2. Гидродинамическая сила: Когда лопасти начинают захватывать воду, давление на их рабочую поверхность окончательно переводит их в рабочее, развернутое положение.

♻️ Существует также вариант V-образного (ферингтоновского) винта, у которого лопасти не складываются, а разворачиваются ребром к потоку, что дает схожий эффект снижения сопротивления. А для самых требовательных к скорости яхт используются съемные винты, которые убираются в специальный колодец в корпусе, полностью устраняя сопротивление. #гидростатика #гидродинамика #физика #physics #опыты #техника

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib