מכבש הדראולי
מכבש הדראולי הנקרא גם בוכנה הידראולית והוא מורכב משני כלים גליליים המחוברים ביניהם בחלק התחתון . גליל אחד בעל קוטר קטן , והשני בעל קוטר גדול יותר .
בכל אחד מהכלים נמצאת בוכנה שיכולה לעלות ולרדת בכלי . בתוך הכלים נמצא נוזל , ואם נלחץ על בוכנה אחת היא תלחץ על הנוזל שנמצא מתחתיה ועל פי חוק פסקל ( לחץ בנוזלים נמסר ללא שינוי בכל כיוון .ולכל נקודה ) הנוזל יעבור לצד השני ויעלה את הבוכנה השנייה .
כאשר אנו לוחצים בכוח חלש יחסית על הבוכנה הקטנה , הבוכנה הגדולה עולה מעט ( מפני שנוזלים לא נדחסים , הנפח שנלחץ על ידי הבוכנה הקטנה עובר לצד השני לבוכנה הגדולה ) ואנו מרוויחים בכוח ומפסידים במרחק . לעומת זאת , כאשר אנו לוחצים בכוח חזק יחסית על הבוכנה הגדולה , הבוכנה הקטנה עולה הרבה יחסית ואנו מפסידים בכוח אך מרוויחים במרחק . אסור שיהיו בועות אוויר במכבש, כי אוויר הוא גז שניתן לדחיסה ואילו נוזלים לא נדחסים .כתוצאה מכך , אם יהיה אוויר במכבש , הבוכנה לא תיפתח במלואה עקב בועות אוויר שנדחסו .
במכבש הדראולי עבודת הכוחות שמופעלים על הבוכונות שווה , מכיוון שאם מפסידים במרחק בבוכנה אחת , בבוכנה השניה מרוויחים במרחק , ובאופן דומה כך גם עם כוח - אם מפסידים בכוח
בבוכנה אחת , מרוויחים בכוח בבוכנה אחרת וכך מתאזנות העבודות ומשלימות זו את זו , כל זה עובד כך מפני שהלחצים בשני הבוכנות שווים
רווח בכוח במציאות תמיד יותר קטן מאשר הרווח התיאורטי מפני שבמציאות פועל עוד כוח שלא פועל בתיאוריה - כוח החיכוך בין הבוכנה לבין הכלי בו היא נמצאת , ולכן הוא מקטין את הרווח בכוח .
מידות ריאליות של מכשירים :
המרחק בין 2 הבוכנות : 500 מ"מ
גובה בוכנה :100 מ"מ
שטח המכבש : 320 מ"מ על 440 מ"מ
P1 =P2
P1=F1\A1 P2=F2\A2
F1\A1=F2\A2
|
נוסחאות :
P1 = P2 -- > F1 \ A1 = F2 \ A2 --> F1 * A2 = F2 * A1-
ההסבר לנוסחה זו היא שלחץ עובר בנוזלים ובגזים ללא שינוי בכל נקודה וכיוון ונוסחת הלחץ שווה
V1 = V2 --> A1 *h1 = A2 * h2 --> h1 \ h2 = A2 \ A1
ההסבר לנוסחה זו היא שנוזלים לא ניתנים לדחיסה ולכן נפח הנוזל שנדחה שווה לנפח הנוזל המועבר לבוכנה הגדולה.
דוגמאות למכונות המשתמשות במכבשים הדראוליים :
דחפור - עם התפתחות הטכנולוגיה והנדסת המכונות חל שיפור ניכר במערכות הפנימיות של הדחפור - הומצאו כפות הנשלטות על ידי בוכנות הידראוליות במקום על ידי כבלים . הבוכנות
ההידראוליות איפשרו שליטה מדויקת יותר בכפות
יעה אופני - מורכב מ2 חלקים : טרקטור - המכיל את המנוע ומערכות ההנעה, והכף עצמה - הנשלטת בידי 3-4 זרועות הידראוליות
טרקטור חקלאי - יש לו את האפשרות להניף ציוד חיצוני כמו מחרשה על זרועות אחוריות הידראוליות
מנוף / עגורן - בעזרת העגורן מעלים מתקן הנדסי בעל בוכנות הידראוליות חזקות . הבוכנות הם אלה שמרימות את הגוף.
משאבת בטון -ישנו גל הנקרא גל ההינע והוא מעביר את כוח שהגיע ממנוע אל משאבת השמן ההידראולי
מחפר - מורכב מ3 חלקים עיקריים שאחת מהם היא זרוע החפירה שהיא זרוע תלת-מפרקית שעליה מותקנת כף חפירה או מקדח הידראולי . הזרוע מתופעלת באמצעות 3 סטים של בוכנות הידראוליות.
מלגזה - המלגזה מאפשרת לשלוט במרחק בין הזרועות שלה באמצעות מערכת הידראולית.
ציוד מכני הנדסי - הוא שם כולל לכלי רכב מיוחדים . כלי רכב אלה מצוידים בדרך כלל במנוע חזק, בשלדה חזקה ובתוספות ייחודיות שנועדו לעזור להם לבצע את העבודה (כפות, מנופים, זרועות הידראוליות ועוד).
מחפרון - המחפרון בנוי משלושה חלקים שאחד מהם הוא יעה קדמי . זוהי כף עמוקה שנועדה לעבודות עפר קטנות והטענת חול וחצץ למשאיות. היא נשלטת בידי ארבע זרועות הידראוליות.
מבנה המכשיר - תמונה
1 - הבוכנה הקטנה .
2-הבוכנה הגדולה
3 - הגליל הצר
4 - הגליל הרחב
5 - המכל .
דוגמה לתרגיל ודרך פתרונו - מכבש הדראולי
פועל כוח של 20 ניוטון על בוכנה קטנה של מכבש הדראולי ששטחה 20 סמ"ר . על הבוכנה הגדולה של אותו מחשב ששטחה 80 סמ"ר נמצא גוף .
א . מהי מסת הגוף ?
ב . בכמה ס"מ יזוז הגוף הנמצא על הבוכנה הגדולה , אם נזיז את הבוכנה הקטנה ב5 ס"מ ?
ג . מצא את עבודתם של הכוחות המופעלים על הבוכנה הקטנה והגדולה .
פתרון :
P1 = P2
F1 \ A1 = F2 \ A2
F1 * A2 = F2 * A1
F2 = A2 * F1 \ A1
F2 \ g = M
ב .
V1 = V2
A1 *h1 = A2 * h2
h1 \ h2 = A2 \ A1
A2 \ A1 = F2 \ F1 = h1\ h2
h2 = F1 * h1 \ F2
ג .
W1 = x * F1
W1 = 5 cm * 20 N = 100 J
W2 = x * F2
W2 = 0.125 cm * 800 N = 100 J
דוגמה נוספת :
נתונים: F1=30N h1=0.2M A1=0.0004m2 A2=0.008m2 F2-? h2-?
| נוסחאות: F2\F1 = A2\A1 F2 = (F1 * A2)\A1
F2\F1 = h2\h1 h2 = (h1*F1) \ F2 ׂ | חישובים: 30N * 0.008M2 \0.0004M2= =600N O.2M * 30N \600N = =O.O1M |
משימות :
- מהו חוק פסקל וכיצד הוא מתקשר למכבש הדראולי ?
- מתי יש רווח בכוח והפסד במרחק , ומתי הפסד בכוח ורווח במרחק ?
- מדוע אסור שיהיה אוויר במכבש הדראולי ?
- מה תוכל להגיד לגבי עבודת הכוחות המופעלים על הבוכנה הקטנה ועל הבוכנה הגדולה ?
- מה תוכל להגיד לגבי נפח הנוזל שנדחה ולגבי נפח הנוזל שמועבר ?
תשובות
1)חוק פסקל קובע כי בנוזלים הלחץ נמסר באופן שווה בכל נקודה ולכל כיוון ,חוק זה מהווה את היסוד לפעולתה של המכבש ההידרואלי, הלחצים תמיד שווים בשתי הבוכנות
2)כאשר אנו לוחצים בכוח גדול על הבוכנה הקטנה הבוכנה בגדולה זזה מעט לכן יש רווח בכוח אך הפסד במרחק,.כאשר אנחנו לוחצים בלחץ קטן יחסית על הבוכנה הגדולה הבוכנה הקטנה עולה יחסית הרבה ולכן יש הפסד בכוח אך רווח במררחק.
3)אסור שיהיה אוויר במכבש ההידרואלי מפני שגזים נדחסים לעומת נוזלים שאינם נדחסים ואז לא נקבל את הלחץ המדוייק.
4)עבודת הכוחות שווים מפני שבבוכנה אחת מפסידים בכוח ובבוכנה השניה מרוויחים בכוח , ובבוכנה אחת מפסידים במרחק ובשניה מרוויחים במרחק , ולכן הכוחות משלימים זה את זה ולכן עבודתם שווה, וזה בהנחה שלא פועל כוח חיכוך.
5)נפח הנוזל שנדחה ונפח הנוזל שמועבר שווים, בעצם הנפח הנדחה זה אותו הנפח שמועבר כי נוזלים לא ניתנים לדחיסה .
ביבליוגרפיה :
חוברת פיזיקה - העשרה עמוד 8
חוברת הידרוסטטיקה 32-33
ספר:"יסודות הפיסיקה" 481-490
מחברת הלימודויקיפדיה - בוכנה הידראולית
אין תגובות:
הוסף רשומת תגובה