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压力和力的关系

压力和力的关系

  在帕斯卡定律中,压力和力之间有两个重要关系,它们是以下两项等式:F=力 P=压力 A=面积

液压杠杆

  在下图所示的活塞模型中,你可以看到通过液压杠杆互相平衡重量的例子。帕斯卡类似这一例子的发现是,只要活塞面积与重量成比例,小活塞上的小重量就可以平衡大活塞上的大重量。他的这一发现可以利用密闭液体证实。其原因是,液体在相同的面积上作用着相同的力。

机械杠杆

  可以利用以下插图中的机械杠杆例子说明相同的情况。1 公斤的猫坐在距杠杆支点 5 米的位置,它与坐在距杠杆支点一米位置的 5 公斤的猫可以使杠杆平衡,就像液压杠杆中的平衡重量一样。在插图中,你看到的是 2 公斤重量和 100 公斤重量。2公斤重量的作用面积是 1 平方厘米,因此其压力为 2公斤/平方厘米;另一重量是 100 公斤,其作用面积是50 平方厘米,因此它的压力也是 2 公斤/平方厘米;结果是两个重量平衡。这就是一种类型的液体杠杆。

液压杠杆中的能量传递

  务必牢记,流体在相同的作用面积上的作用力相同。在工作状态中,这一规律对我们大有帮助。如果我们有两只尺寸完全相同的油缸,因为每只活塞的面积相等,所以当我们以 10 公斤的力向下按动一只活塞时,它使另一只活塞产生 10 公斤的上推力。如果面积不相等,则力也不相等。这种能量传递过程中十分重要的一点是力和距离之间的关系。记住,在机械杠杆中,施加相等的力时,较轻的重量需要更长的杠杆。要使 5 公斤的猫提高 10 厘米,1 公斤的猫必须向杠杆下方移动 50 厘米。例如,假定系统另一端大活塞的表面面积为 50 平方厘米,小活塞的面积为 1 平方厘米,当我们将 10 公斤的力作用于较小的活塞时,根据帕斯卡定律,它将产生 10 公斤/平方厘米的压力作用于大活塞的每一个部分,因此,大活塞接受总共为 500 公斤的力。我们以这种方式利用压力传递能量,并使之为我们工作。让我们再看一下液压杠杆插图,并考虑较小活塞移动的距离。需要较小的油缸产生 50 厘米的行程传递足够的液体使大油缸移动 1 厘米。
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