Warum sind Hydraulikstangen so leistungsstark? Kann menschliche Kraft gegen hydraulische Waffen kämpfen? Nur eine Spritze

Hydraulikstangen sind in unserem Leben weit verbreitet, von kleinen Betten mit Lagerfunktionen und Drehstühlen mit Hebefunktionen bis hin zu großen Baggern, Baukränen und Gabelstaplern usw., die alle Hydrauliktechnologie verwenden.

Mit der Hydraulikstange werden viele Dinge, die sonst sehr mühsam sind, ganz einfach. Beispielsweise ein Bett mit Stauraumfunktion. Wenn die Hydraulikstange nicht installiert ist, müssen wir viel Kraft aufwenden, um das Bettbrett anzuheben. Nachdem die Hydraulikstange installiert ist, müssen wir sie nur leicht ziehen und die Hydraulikstange hebt das Bettbrett problemlos an. Dies gilt umso mehr für Baumaschinen. Egal wie hart der Boden oder das Gestein ist, ein Bagger kann es mithilfe der Hydrauliktechnik ausgraben.

Die Frage ist also: Selbst die Hydraulikstange am Bagger sieht nicht sehr dick oder groß aus. Warum ist diese kleine Hydraulikstange also so leistungsstark?

Wir können die Hydraulikstange als einen mit Flüssigkeit gefüllten Kolben vereinfachen. Um das Prinzip der hydraulischen Stange zu erklären, müssen wir zunächst eine Person erwähnen, nämlich den französischen Mathematiker und Physiker Blaise Pascal, der 1653 ein Gesetz vorschlug, nämlich das „Pascalsche Gesetz“.

Das Pascalsche Gesetz ist auch als „statisches Druckübertragungsprinzip“ bekannt. Dieses Prinzip besagt, dass der an einem beliebigen Punkt in einer geschlossenen Flüssigkeit ausgeübte Druck sofort auf alle Teile der Flüssigkeit übertragen wird und sich die Größe des Drucks nicht ändert.

Einfacher ausgedrückt: Wenn sich der statische Zustand der Flüssigkeit nicht ändert, ändert sich der Druck an jedem Punkt der Flüssigkeit um den gleichen Betrag, wenn wir auf einen beliebigen Teil der Flüssigkeit Druck ausüben. Nachdem Pascal dieses Gesetz kannte, erfand er darauf basierend die Spritze. Ja, die Spritze, die wir heute für Injektionen verwenden, wurde von diesem Physiker erfunden.

Denn in einem geschlossenen Behälter wird der auf die ruhende Flüssigkeit ausgeübte Druck gleichzeitig auf alle Punkte übertragen. Wenn wir also die Spritze drücken, wird die Flüssigkeit an der Nadelspitze herausgedrückt.

Tatsächlich ist die Hydraulikstange eine Spritze, und um diese Spritze leicht zu drücken, benötigen wir nur eine weitere kleine Spritze. Nehmen wir nun an, wir haben eine große Spritze mit einem Durchmesser von 4 cm und eine kleine Spritze mit einem Durchmesser von 1 cm. Wir verbinden die beiden Spritzen mit einem Schlauch und füllen sie mit Flüssigkeit. Dann bitten wir jemanden, jeweils die große und die kleine Spritze hineinzudrücken. Wer wird gewinnen? Natürlich ist es derjenige, der die kleine Spritze drückt. Warum? Denn der Druck einer Flüssigkeit ist gleich dem ausgeübten Druck geteilt durch die Fläche, auf die die Kraft ausgeübt wird. Das heißt, bei gleicher ausgeübter Kraft ist der Druck der Flüssigkeit umso größer, je kleiner die Fläche ist, auf die die Kraft ausgeübt wird.

Der Durchmesser der kleinen Spritze beträgt 1 cm und ihre kraftaufnehmende Fläche beträgt etwa 0,79 Quadratzentimeter. Der Durchmesser der großen Spritze beträgt 4 cm und ihre kraftaufnehmende Fläche beträgt etwa 12,56 Quadratzentimeter. Das heißt, die kraftaufnehmende Fläche der großen Spritze ist etwa 16-mal so groß wie die der kleinen Spritze. Wenn also die gleiche Kraft angewendet wird, ist der von der kleinen Spritze erzeugte Druck 16-mal so hoch wie der der großen Spritze, sodass die kleine Spritze die große Spritze problemlos drücken kann.

Jetzt verstehen wir, dass wir uns die Hydraulikstange als ein mechanisches System vorstellen können, das aus zwei Kolben unterschiedlicher Dicke besteht. Der kleine Kolben muss nur eine geringe Kraft ausüben, um dem großen Kolben eine verheerende Kraft zu verleihen. Wenn wir dieses Prinzip kennen, brauchen wir nur eine kleine Spritze, um gegen den starken Hydraulikarm anzukämpfen.

Lassen Sie uns eine lustige und ungenaue Berechnung durchführen.

Die am häufigsten verwendete Großmaschine, bei der Hydrauliktechnologie zum Einsatz kommt, ist der Bagger. Ich bin nicht sicher, wie dick der Hydraulikarm des Baggers ist, aber er ist zu dick, um ihn in einer Hand zu halten. Auch wenn sein Durchmesser nur 10 Zentimeter beträgt, beträgt seine kraftaufnehmende Fläche 78,5 Quadratzentimeter. Die Grabkraft eines normalen Baggerauslegers beträgt etwa 10.000 Kilogramm. Wie viel Schubkraft hat also ein Mensch? Für einen Erwachsenen sollte es kein Problem sein, 100 Kilogramm zu schieben. Das bedeutet, dass die Kraft eines Baggers 100-mal so groß ist wie die menschliche Kraft. Wir brauchen also nur eine kleine Spritze mit einer Kraftfläche von 1/100 des Hydraulikarms des Baggers, um die gleiche Kraft wie der Bagger zu erzielen. Eine Spritze mit einer Kraftfläche von 0,785 Quadratzentimetern hat einen Durchmesser von etwa 1 Zentimeter, daher benötigen wir zum Anbinden mit dem Bagger nur eine kleine Spritze mit 1 Zentimeter Durchmesser.

Natürlich ist das nur eine Theorie. In Wirklichkeit ist die Spritze nicht stark genug, sodass sie bei einer Konfrontation explodieren könnte. Die Explosion der Hydraulikstange eines Drehstuhls hat den gleichen Grund, nämlich dass der momentane Druckwert die Tragfähigkeit der Innenwand der Hydraulikstange übersteigt.

Wie können wir also eine Explosion der Hydraulikstange verhindern? Handelt es sich um ein reguläres Produkt eines regulären Herstellers, sollte die Materialfestigkeit theoretisch auf Belastung geprüft sein und im Allgemeinen kein Problem auftreten. Das Problem besteht jedoch darin, dass viele Menschen nicht sicher sein können, ob es sich bei ihren Stühlen um qualifizierte Produkte handelt. Was sollten sie also tun? Sie können manuell eine explosionsgeschützte Stahlplatte installieren. Ich habe selbst eines über der Hydraulikstange unter dem Drehstuhl installiert. Es handelt sich um eine kleine Stahlplatte mit einer Seitenlänge von 30 cm. Es kostet 300 Yuan und soll kugelsicher sein. Das Beispiel „Große und Kleine Spritze“ dient uns lediglich zur Verdeutlichung des Grundprinzips der Hydraulikstange. Tatsächlich wird die Hydraulikstange in der Hydraulikmaschine nicht durch eine kleine Spritze angetrieben. Einerseits liegt es daran, dass die kleine Spritze nicht stark genug ist, und andererseits liegt es daran, dass die kleine Spritze nicht lang genug ist. Aus diesem Grund wird in großen Hydraulikmaschinen eine sogenannte „Hydraulikpumpe“ verwendet, die die Rolle der kleinen Spritze übernimmt.

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