液压机将力“放大”的奥秘

液压机将力“放大”的奥秘

湖北省建始县官店民族中学　谭北峰

　　由于液体具有流动性，所以在受到压力的时候，就出现跟固体不同的现象。取一个壁上有几个小孔的空心球，球上连接一个圆筒，每一个小孔上都扎有橡皮膜。把水倒进球和筒里，用活塞压筒里的水，可以看到，扎在各个小孔上的橡皮膜都向外凸出(左图)。这表明活塞加在水上的压强，被水传递到了各个小孔的橡皮膜上。球上的小孔是朝着不同方向的，可见，液体能够把它受到的压强向各个方向传递。十七世纪，法国科学家帕斯卡通过实验得出了液体传递压强的规律：加在密闭液体上的压强，能够大小不变地被液体向各个方向传递。这个规律叫做帕斯卡定律。人们根据帕斯卡定律，制成了油压千斤顶、水压机、榨油机等液压机。左图是液压机的原理图。它有两个大小不同的液缸，液缸里充满水或油，充水的叫做水压机，充油的叫做油压机。两个液缸里都有活塞。在小活塞上加压力的时候，小活塞对液体的压强就通过液体传递给大活塞，把大活塞压上去。

　　假设小活塞的横截面积是S1，小活塞对液体向下的压力是F1，那么小活塞对液体的压强，根据帕斯卡定律，这个压强将被液体大小不变地传递给大活塞，所以大活塞受到的压强也等于P，如果大活塞的横截面积是S2，那么通过液体传递过来的压强P在大活塞上产生的向上的力是，我们分析这个式子可知，液压机能够将力F1“放大”倍!因此液压机在生活中有着广泛而重要的应用。

　　设小活塞和大活塞的面积分别为1cm2、1m2，当用力F1=10N向下压小活塞时，小活塞下方液体受到的外加压强是1×105Pa，此时大活塞受到液体的压强是1×105Pa，大活塞下方液体受到的液体的压力F2=1×105N，既通过液体、大小活塞这样一“折腾”就把力F1=10N“放大”了10000倍!

　　那么这里面究竟隐藏着什么样的“秘密”呢?

　　我们可以设想小活塞下降的距离是h1，大活塞上升的距离是h2，那么由于液体在传递压强的过程中液体体积没有发生变化，所以有S1h1=S2h2，我们把此式改写为，再由可以得出，。这个式子的物理含义是什么呢?F1是小活塞作用在液体上的压力，h1是液体在压力F1的作用下沿着力的方向移动的距离，F1与h1乘积的含义就是小活塞对液体所做的功!F2是液体对大活塞的压力，h2是大活塞在液体压力的作用下沿着力的方向移动的距离，F2与h2乘积的含义就是液体对大活塞所做的功!

　　由此我们可以看出，液体在此作为媒介物质传递的不是力，而是能量!在传递能量时是通过做功的方法来达到目地的。我们说液压机能够将力“放大”实际上是有条件的，这个条件就是以牺牲距离作为“代价”，即多移动了距离。也就是说省了力就必定要多移动距离，小活塞端的情况就是如此。大活塞端的情况刚好相反，获得了很大的力，但移动的距离却很少。

　　液压机的使用又一次告诉了我们：使用任何机械都不省功!