千斤顶的原理

由于17世纪没有牙膏管，人们怀疑布莱斯·帕斯卡(1623-1662，一位著名的法国科学家和哲学家)是否提出了帕斯卡原理，或者他是否每天早上都在思考它的功能。然而，可以肯定的是，许多其他与静水压力有关的影响不能逃过他的注意，首先，液压起重机的原理。工程师很久以前就使用过这种机器。今天，只要你在停车场或加油站，你就能看到液压起重机。使用它，你可以用孩子的力气举起一辆汽车。让我们看看这个装置是如何工作的，并试着做一个实验装置。看这幅图，用一只手连接两个装满液体(水或油)的容器。其中一个容器的横截面很大，另一个很小，假设它比前一个容器小1000倍。如果使用活塞(A)来压下具有小横截面的容器的液位，液体将受到压力，并且该压力的强度将根据原始尺寸传递到液体表面的任何其他部分，当然包括与具有大横截面的容器中的活塞(B)接触的液体表面。压力等于力除以作用面积。

根据帕斯卡原理，活塞a下的压力等于活塞b下的压力，由于活塞b下的面积比活塞a下的面积大1000倍，作用在活塞上的力应该比作用在活塞a上的力大1000倍。因此，要举一辆1吨重的汽车，只需1公斤的力就足够了。许多仪器如液压制动器、压缩机、汽车千斤顶、水泵等都受益于这一原理。一个验证帕斯卡原理的小实验使用了两个没有针头的注射器，我们可以在家里制造一个这种小型液压装置。

例如，使用横截面为5平方厘米的厚注射器进行输血，使用横截面为0.5平方厘米的非常小的注射器将它们的开口与粗管和短管相连。根据帕斯卡原理，力的转换系数约为10。用水、油或其他液体填充注射器，即两个活塞之间的所有空间，并小心去除气泡。然后让你的朋友用拇指挤压两个活塞中的一个，而你用拇指挤压另一个活塞。我们可以称这个小游戏为“铁拇指比赛”或“帕斯卡拇指比赛”。当然，谁挤压微型注射器谁就能轻松获胜。如果你有一定的创造力和做实验的能力，你可以用一个弹簧测力计或称重秤(如图3所示)来测量挤压两个活塞中的一个时所施加的压力(或者用一个重量大于活塞和注射器壁之间摩擦力的重物)来验证帕斯卡原理，看看两边的压力是否相等。在挤压注射器之前，不要忘记从测量值中减去现有值，测量值相当于系统的活动部分，即液体加上活塞的重量。最后，如果你想验证这个装置作为压力装置的有效性，把一个核桃放在刻度板和大活塞之间:你会看到挤压小注射器的活塞可以很容易地压碎核桃。有了这种小机器，你就可以完成像“大力士”(宙斯之子，拥有巨大的力量和12项英雄业绩)这样的大事。准备一个装满液体的密封桶(不要离开空气，因为空气在压力下会被压缩)，这样你就可以开始向你的朋友演示了。用一个小注射器和一个同样装满液体的小管子连接装满液体的桶，你会看到后两者可以立即打碎桶。让我们试着计算一个账单:一个横截面为0.5平方厘米的普通注射器用拇指在活塞上施加20公斤的压力(用天平验证后不难达到这个重量)，结果是40个大气压！很少有木桶能承受这样的压力。一位农民遗憾地发现了这一现象。他想通过一根细长的管子，把珍贵的葡萄酒从他的乡村农舍运送到一个朋友家，他家在30多米的山脚下。一切都进行得很顺利:朋友的桶里装满了酒，但是液体管道中的压力很快打破了桶，酒浸透了房子。