Pozor! Jste na staveništi. Více informací zde.
logo RVP.CZ
Přihlásit se
Titulka > Modul články > Gymnaziální vzdělávání

Zobrazit na úvodní stránce článků

Titulka > Modul články > Gymnaziální vzdělávání > Princip hydraulických zařízení

Princip hydraulických zařízení

Praktický příspěvek
inspirace
uč.hodina
Hydraulická zařízení mají velmi mnoho aplikací v praxi. Jednoduchým experimentem mohou žáci pochopit jejich princip a využívat jej při řešení konkrétních úloh.

Pascalův zákon má mnoho praktických aplikací (všechna hydraulická zařízení), a proto je nutné jej správně chápat a umět vysvětlit princip činnosti hydraulického zařízení. K tomu může napomoci velmi jednoduchá pomůcka, kterou lze vyrobit během pár minut.

Příprava pomůcky

Pro jednoduchou demonstraci principu činnosti hydraulického zařízení budeme potřebovat dvě injekční stříkačky různých průřezů pístů (lze je běžně koupit ve zdravotnických potřebách), tenkou hadičku od vzduchotechniky do akvárií a vodu (viz obr. 1). Na jednu z injekčních stříkaček nasadíme hadičku o délce cca 25 cm a můžeme pro jistotu zajistit lepidlem. Z nádoby s vodou nasajeme do soustavy stříkačka + hadička vodu tak, aby stříkačka byla téměř plná. Nyní soustavu odvzdušníme, tj. obrátíme otevřeným koncem hadičky nahoru a opatrně tlačíme na píst stříkačky, abychom vytlačili všechny vzduchové bubliny. V soustavě necháme tolik vody, aby byla stříkačka naplněna zhruba do poloviny. Do druhé stříkačky nasajeme vodu a odvzdušníme tak, aby ve stříkačce zůstala voda vyplňující zhruba polovinu objemu stříkačky. Tuto stříkačku nasadíme na volný konec hadičky a můžeme zajistit lepidlem. Tím je pomůcka připravena k použití (viz obr. 2).

Je ovšem lepší volit takový průměr hadičky, aby byla nasazena těsně na konec stříkačky a lepidlem nezajišťovat. Tak budeme moci vodu v soustavě měnit a zabránit tak růstu plísní a řas. Současně tím upozorníme na nebezpečí, které se může u reálných hydraulických zařízení také vyskytnout: při prudkém stlačení pístu nebo při současném stlačení obou pístů se hadička uvolní a voda vystříkne. Ve třídě to znamená utřít menší loužičku vody nebo nechat uschnout triko či mikinu „šikovného“ žáka. V praxi by taková nehoda mohla např. zničit elektroniku různých zařízení, kde se hydraulická zařízení používají. Proto je dobré na tato nebezpečí žáky předem upozornit.

Potřebné pomůcky
1. Potřebné pomůcky
Jaroslav Reichl, © 2010

obr. 1

Hotová fyzikální pomůcka
2. Hotová fyzikální pomůcka
Jaroslav Reichl, © 2010

obr. 2

Vzhledem k minimálním finančním nákladům a malé časové náročnosti výroby pomůcky doporučuji vyrobit pomůcky alespoň dvě nebo čtyři. V hodině fyziky, v níž hydraulická zařízení probíráme, můžeme dát pomůcky kolovat po třídě. Žáci tak lépe pochopí základní princip těchto zařízení a sami si ověří ty jejich vlastnosti, kvůli kterým se v praxi používají.

Provedení experimentu

Experiment provedeme ve třech krocích. Necháme pomůcku kolovat mezi žáky a vyzveme je, aby si sami experiment provedli také v těchto třech krocích.

V prvním kroku ověříme, že pohyb jednoho pístu lze pomocí vody (která v tomto případě modeluje ideální kapalinu) přenést na druhý píst. Píst jedné z injekčních stříkaček stlačíme a pozorujeme, že se píst druhé stříkačky vysouvá ze stříkačky ven. První píst uvolníme a zatlačíme na druhý. První píst se vysouvá ze stříkačky ven. Při všech zde popsaných experimentech se snažíme působit na píst stříkačky vždy kolmo k ploše pístu - v případě, že budeme experiment vyhodnocovat kvantitativně, získáme korektně definovaný tlak vody v hadičce vyvolaný vnější silou experimentátora.

Ve druhém kroku stlačíme větší z obou pístů (viz obr. 3). Druhý píst se vysouvá ze stříkačky ven (to už máme ověřeno z prvního kroku), ale nyní se soustředíme na velikost síly, kterou musíme na píst působit, abychom vytlačili druhý píst.

Silové působení na větší píst
3. Silové působení na větší píst
Jaroslav Reichl, © 2010

obr. 3

Ve třetím kroku zopakujeme experiment ze druhého kroku s tím rozdílem, že nyní působíme rukou na menší z obou pístů (viz obr. 4). A opět se snažíme „zapamatovat si“ velikost síly, kterou jsme museli na píst působit, abychom druhý píst vytlačili ze stříkačky ven.

Optimální je druhý a třetí krok experimentu provádět najednou. To znamená držet v každé ruce jednu stříkačku a střídavě stlačovat větší a menší píst. Tak snáze kvalitativně porovnáme velikosti sil, kterými musíme na písty působit, aby se pohnul druhý z pístů.

Silové působení na menší píst
4. Silové působení na menší píst
Jaroslav Reichl, © 2010

obr. 4

I pouhým subjektivním srovnáním velikostí sil, kterými jsme museli na písty působit ve druhém a ve třetím kroku experimentu, docházíme k závěru, že na píst s větší plochou příčného průřezu je nutné působit větší silou ve srovnání se silou, jakou musíme působit na píst s menší plochou příčného průřezu. Při těchto úvahách předpokládáme, že třecí síla působící mezi pístem a stěnou stříkačky je v obou krocích provedeného experimentu (a tedy u obou stříkaček) stejná.

Přesné kvantitativní měření lze provést s citlivým siloměrem.

Vysvětlení experimentu

Vysvětlení experimentu vyplývá z platnosti Pascalova zákona. Z experimentů vyplývá závěr pro praktické používání hydraulických zařízení (hever u auta, hydraulické brzdy, hydraulické zvedáky - např. v zubařských křeslech): měli bychom vždy působit na píst s menším příčným průřezem, neboť tak budeme působit menší silou, než kdybychom působili na píst s větším příčným průřezem. Na píst s větším příčným průřezem pak umístíme zátěž (automobil, brzdicí destičky, zubařské křeslo…). Vykonáme tak sice stejnou práci jako síla působící na zátěž, ale po delší dráze. Proto budeme pracovat s menší fyzickou námahou.

V případě pochybností o aktuálnosti či funkčnosti příspěvku využijte tlačítko „Napište nám“.
Napište nám