كيف تلعب الرافعة الهيدروليكية
- اختر مهمة واقرأ الحِمل والمكبسين والدفعة أو الارتفاع في البطاقة.
- الضغط نفسه في الزيت كله: F₁ ÷ A₁ = F₂ ÷ A₂. القطر الأكبر بعشر مرات يعني مساحة أكبر بمئة مرة.
- للمسافات، الزيت المدفوع يملأ الأسطوانة الأخرى: A₁·d₁ = A₂·h₂. اكتب توقّعك واضغط ادفع.
- راقب الأعمدة: قوة الرفع تكبر نحو الوزن، أو يبقى حجما الزيت متساويين.
كيف تضاعف الرافعة الهيدروليكية القوة؟
اضغط سائلًا محبوسًا في أي مكان فيصل الضغط الإضافي إلى كل جزء منه بالتساوي: هذا مبدأ باسكال. في الرافعة الهيدروليكية، تُحدث دفعة F₁ على مكبس صغير مساحته A₁ ضغطًا p = F₁ ÷ A₁ في الزيت. ويشعر المكبس الكبير، الذي مساحته A₂، بالضغط نفسه على مساحته كلها، فيدفع إلى الأعلى بقوة F₂ = p·A₂. مع مكبسين مساحتاهما 10 cm² و1000 cm²، ترفع دفعة قدرها 118 N سيارة كتلتها 1.2 t. تكبر المساحات مع مربع القطر، لذا يعطي مكبس أعرض بعشر مرات قوة أكبر بمئة مرة. لكن هناك ثمنًا. الزيت لا ينضغط، لذا يجب أن يملأ الزيت المدفوع من الأسطوانة الصغيرة الأسطوانة الكبيرة: A₁·d₁ = A₂·d₂. لرفع السيارة 1 cm يجب أن يقطع المكبس الصغير 100 cm، والشغل الداخل، F₁·d₁، يساوي الشغل الخارج، F₂·d₂. لهذا تحتاج رافعة السيارة إلى ضغطات قصيرة كثيرة، وهي المقايضة نفسها التي تقايض بها الرافعة القوة بالمسافة. المكابح والحفّارات وكراسي الحلاقة كلها تعمل بهذه الطريقة.
نموذج تعليمي مركّز
الزيت لا ينضغط ووزنه يكاد لا يُذكر؛ والمكبسان ينزلقان دون احتكاك والزيت لا يتسرّب أبدًا. الضغط نفسه في كل مكان فيه في اللحظة نفسها. تكبر الدفعة بانتظام من الصفر مدة 2 s؛ ويرتفع الحِمل لحظة بلوغ p·A₂ وزنه (وما يقع ضمن 0.05% يرتفع)، ثم يقطع المكبس الصغير 30 cm في 1 s. وتُنفَّذ المسافة المحددة، أو عدد ضغطات الرافعة التي طول كل منها 10 cm، بانتظام خلال 2 s. يكبر العرض مع الجذر التربيعي للمساحة وليس بمقياس صحيح؛ أما حركات المكبسين فبمقياس صحيح. تكون الدفعة أو مقاس المكبس صحيحًا إذا رفع الحِمل بفائض لا يزيد على 2%، والمسافة ضمن 2%، وعدد الضغطات إذا كان أقل عدد يؤدي المهمة. g = 9.8 m/s². يجري في الزمن الحقيقي.