HYDRAULICKÉ ZAŘÍZENÍ

Transkript

1 METODICKÝ LIST /8 HYDRAULICKÉ ZAŘÍZENÍ Tematický okruh Učivo Ročník Časová dotace Klíčové kompetence MECHANICKÉ VLASTNOSTI KAPALIN HYDRAULICKÉ ZAŘÍZENÍ 7. vyučovací hodiny. Kompetence k učení - pozorováním a zkoumáním jevů získává žák nové poznatky, které umí výstižně popsat, správně používá fyzikální pojmy, značky, veličiny.. Kompetence k řešení problémů - řeší problémy logickou úvahou s využitím fyzikálních poznatků a matematických výpočtů, rozpoznává problémové situace při pozorování jevů nebo při praktických činnostech. 3. Kompetence komunikativní - žák výstižně sděluje výsledky svých pozorování, při řešení fyzikálních experimentů, při řešení fyzikálních problémů ve skupině s respektem vyslechne názor spolužáka, kriticky ho posoudí a výstižně vyjádří svůj názor, vyhledá potřebné údaje na internetu. 4. Kompetence sociální - žák umí spolupracovat se spolužáky při provádění experimentu, uvědomuje si svůj podíl zodpovědnosti za výsledky celé skupiny. 5. Kompetence pracovní - žák si osvojuje dovednosti k zacházení s pracovními nástroji a pomůckami užívanými ve výuce fyziky a vytváří si pracovní návyky. Šetrně zachází s pomůckami a zachovává pořádek při provádění experimentů. Očekávané výstupy Žák vysvětlí na příkladu z praxe princip hydraulického zařízení.

2 METODICKÝ LIST - HYDRAULICKÉ ZAŘÍZENÍ /8 Mezipředmětové vztahy Didaktické pomůcky Technické činnosti hydraulický lis, hydraulický zvedák dvě injekční stříkačky o stejném obsahu průřezu pístu hadička stojan s držákem hranolek závaží (00 g, 300 g), Didaktické poznámky Vést žáky k uvědomění si reálnosti zjištěných výsledků. Připojení k internetu. Vyhledávání v literatuře. Znalost Pascalova zákona.. vyučovací hodina Úvodní problém Pomůcky Jak se dá prakticky využít Pascalův zákon? dvě injekční stříkačky o stejném obsahu průřezu pístu, hadička, stojan s držákem, hranolek Postup. Dvě injekční stříkačky naplňte zcela obarvenou vodou.. Spojte hadičkou, stříkačky vytvářejí spojené nádoby. 3. Jednu injekční stříkačku upevněte do stojanu a před její píst postavte hranolek. 4. Zatlačte na píst druhé stříkačky silou. 5. Popište, co pozorujete. Pozorování Vysvětlení Závěr Pozorujeme, že začne píst první stříkačky odtlačovat hranolek stejně velkou silou, jakou působíme na píst druhé stříkačky. Podle Pascalova zákona působením vnější tlakové síly na povrch kapaliny v uzavřené nádobě vznikne ve všech místech kapaliny stejný tlak. Na píst o stejném obsahu průřezu působila voda stejnou silou, jakou jsme působili na druhý píst. Náš pokus je modelem v praxi užívaných hydraulických zařízení, která umožňují přenášet tlakovou sílu. Dokument byl zpracován v rámci projektu TECHNO 0 start technické kariéry, r.č.: CZ..07/..07 / 0.040, Copyright 0 CENTRUM PODNIKÁNÍ A ROZVOJE, s.r.o.

3 METODICKÝ LIST - HYDRAULICKÉ ZAŘÍZENÍ 3/8 Úvodní problém Pomůcky Postup Co se stane, když spojíme hadičkou dvě injekční stříkačky o různém obsahu průřezu pístu? dvě injekční stříkačky o různém obsahu průřezu pístu, hadička, dva stojany s držákem, závaží (00 g, 300 g) Dvě injekční stříkačky o různém obsahu průřezu naplníme zcela obarvenou vodou. Obě upevníme proti sobě do stojanu. Spojíme hadičkou, stříkačky vytvářejí spojené nádoby. Na píst stříkačky o větším obsahu průřezu položíme závaží 300 g. Zatlačíme prstem na píst stříkačky o menším obsahu průřezu silou asi N a pak na píst stříkačky o větším obsahu průřezu. Popíšeme, co pozorujeme. Pozorování Vysvětlení Závěr Tlačíme-li na píst stříkačky o menším obsahu průřezu malou silou, zatlačí voda na píst stříkačky o větším obsahu průřezu tak, že zdvihne závaží o hmotnosti 300g. Na stlačení pístu o menším obsahu průřezu stačí menší síla. Voda na píst o třikrát větším obsahu průřezu působí silou 3N. Pokusem jsme zjistili, že na píst o třikrát větším obsahu průřezu působila voda silou 3 N, tedy třikrát větší silou. Jak fungují hydraulická zařízení V hydraulických zařízeních se využívá Pascalova zákona: základem jsou spojené nádoby, nádoby různých tvarů, podle toho, k čemu se používají, musí být propojeny, aby kapalina mohla proudit z jedné do druhé, hladiny ve všech nádobách se ustálí ve stejné výši bez ohledu na tvar a velikost nádoby. Dokument byl zpracován v rámci projektu TECHNO 0 start technické kariéry, r.č.: CZ..07/..07 / 0.040, Copyright 0 CENTRUM PODNIKÁNÍ A ROZVOJE, s.r.o.

4 METODICKÝ LIST - HYDRAULICKÉ ZAŘÍZENÍ 4/8 Princip hydraulického zařízení Na malý píst o ploše Spůsobí malá síla F (ruka, položené těleso, motor). V celé kapalině (pod malým pístem, u dna obou nádob i pod velkým pístem) se vytvořil podle Pascalova zákona stejný tlak. Proto na velký píst o ploše S působí kapalina velkou silou F. Hydraulické zařízení umožňuje pomocí malé tlakové síly F působící na píst s malým plošným obsahem S vyvolat velkou tlakovou sílu F působící na píst s velkým plošným obsahem S. F :F =S :S Kolikrát má jeden píst větší obsah průřezu než druhý, tolikrát větší silou na něj kapalina působí. Obr. Dokument byl zpracován v rámci projektu TECHNO 0 start technické kariéry, r.č.: CZ..07/..07 / 0.040, Copyright 0 CENTRUM PODNIKÁNÍ A ROZVOJE, s.r.o.

5 METODICKÝ LIST - HYDRAULICKÉ ZAŘÍZENÍ 5/8 Příklad Písty o obsahu průřezu S = 0 cm a píst S = 00 cm se dotýkají hladiny kapaliny v uzavřené nádobě. Na menší píst položíme závaží o hmotnosti kg, tzn. že na menší píst působí svisle dolů tlaková síla F = 0N. Jak velkou tlakovou silou F působí kapalina na větší píst o obsahu S? Řešení S = 0 cm = 0,00 m F = 0 N S F = 00 cm = 0,0 m =?N Nejprve si vypočítáme tlak, který vyvoláme působením síly F o obsahu průřezu 0,00 m. p=f :S na píst p = 0 : 0,00 p = Pa Podle Pascalova zákona je tlak stejný i pod větším pístem, proto můžeme vypočítat velikost tlakové síly, kterou voda působí na větší píst. F =p.s F = ,0 = 00 N Na větší píst působí kapalina tlakovou silou 00 N. Závěr Dokázali jsme, že má-li větší píst obsah průřezu 0 krát větší, tak kapalina působí na větší píst 0 krát větší silou.. vyučovací hodina Opakování. Jaký zákon využíváme u hydraulického zařízení? a) Archimédův zákon, b) Pascalův zákon, c) Newtonův zákon. Dokument byl zpracován v rámci projektu TECHNO 0 start technické kariéry, r.č.: CZ..07/..07 / 0.040, Copyright 0 CENTRUM PODNIKÁNÍ A ROZVOJE, s.r.o.

6 METODICKÝ LIST - HYDRAULICKÉ ZAŘÍZENÍ 6/8. Jestliže v hydraulickém zařízení naplněném olejem začneme pomocí pístu působit na kapalinu silou, tlak uvnitř kapaliny bude: a) největší u pístu, b) největší v místě proti pístu, c) stejný ve všech směrech 3. Podle Pascalova zákona platí. a) p = F : S b) F = p : S c) p = S : F 3. Základní jednotkou tlaku je a) Newton, b) Pascal, c) m Výsledky b, c, 3a, 4b Užití hydraulického zařízení V hydraulických zařízeních se působením malé síly na píst o menším obsahu průřezu může vyvolat velká tlaková síla na píst o větším obsahu průřezu. Toho se využívá např. v hydraulickém zvedáku. Místo vody se používá v hydraulických zařízeních olej, aby zařízení nerezivěla a písty ve válcích se snadněji pohybovaly. U hydraulického lisu je nad velkým pístem upevněna vhodná deska. Lisované předměty jsou stlačovány mezi touto deskou a velkým pístem. Lisy bývají upraveny k různým výrobním postupům (např. karosářské lisy). Dokument byl zpracován v rámci projektu TECHNO 0 start technické kariéry, r.č.: CZ..07/..07 / 0.040, Copyright 0 CENTRUM PODNIKÁNÍ A ROZVOJE, s.r.o.

7 METODICKÝ LIST - HYDRAULICKÉ ZAŘÍZENÍ 7/8 Příklad Dílenský hydraulický lis má obsah průřezu velkého pístu 00 cm. Lis je schopen vyvolat maximálně sílu 50 kn. Jak velkou silou musíme působit na malý píst o obsahu průřezu 0,5 cm? a) Udělej nákres hydraulického zařízení. b) Odhadni výsledek. c) Vypočítej. a) Obr. b) Na malý píst stačí působit velmi malou silou. c) F =? N S = 0,5 cm 0,00005 m F = 50 kn = N S = 00 cm = 0,0 m Nejdříve vypočítáme tlak uvnitř kapaliny. p=f :S p = : 0,0 p = Pa =,5 MPa Nyní vypočítáme sílu, kterou působíme na malý píst. F =p.s F = ,0 F = 5 N = Na malý píst musíme působit silou 5 N. Dokument byl zpracován v rámci projektu TECHNO 0 start technické kariéry, r.č.: CZ..07/..07 / 0.040, Copyright 0 CENTRUM PODNIKÁNÍ A ROZVOJE, s.r.o.

8 METODICKÝ LIST - HYDRAULICKÉ ZAŘÍZENÍ 8/8 Vyhledávání Využití hydraulického zařízení - práce s internetem (ve dvojicích). Zvedání plošin u autojeřábu. Zvedací plošina pro vozíčkáře. Vyklápění ložné plochy nákladních aut. Ovládání veliké lžíce rypadel. Hydraulická ruka. Křeslo u zubního lékaře. Další využití hydraulického zařízení Kapalinové brzdy v osobních automobilech, lisování plastových výrobků v chemickém průmyslu, lisování oleje ze semen, šťáv z ovoce v potravinářském průmyslu, lisování součástek ve strojírenském průmyslu. Příklad Lékař zvedá křeslo s pacientem pomocí hydraulického zařízení. Obsah menšího pístu je 5 cm. Obsah většího pístu je 00 cm. Hmotnost křesla je 30 kg, hmotnost pacienta je 00 kg. Zvedne lékař silou 0 N křeslo s pacientem do vhodné výšky pro svou práci? a) Udělej nákres hydraulického zařízení. b) Odhadni výsledek. c) Vypočítej. a) Obr. 3 b) Lékař nezvedne křeslo s pacientem silou 0 N. c) F =? N S = 5 cm = 0,0005 m Hmotnost křesla a hmotnost pacienta je: m = m = 30 kg F = 300 N (F g =F = m. g) (F = 30. 0) S = 00 cm = 0,0 m p = F : S p = 300 : 0,0 p = Pa F = p. S F = F = 3,5 N Síla 0 N nebude stačit na zvednutí pacienta, je třeba provést úpravu na zařízení zvětšením obsahu většího pístu. Dokument byl zpracován v rámci projektu TECHNO 0 start technické kariéry, r.č.: CZ..07/..07 / 0.040, Copyright 0 CENTRUM PODNIKÁNÍ A ROZVOJE, s.r.o.