Máy tính lực máy ép thủy lực là gì?
Công cụ này tính lực đầu ra của máy ép thủy lực dựa trên định luật Pascal — định luật khẳng định rằng áp suất tác dụng lên một chất lỏng bị giam kín sẽ được truyền đi nguyên vẹn theo mọi hướng. Vì áp suất ở hai pít-tông là như nhau, nên một lực nhỏ tác dụng lên pít-tông nhỏ sẽ tạo ra một lực lớn hơn rất nhiều ở pít-tông lớn. Đây chính là nguyên lý đứng sau con đội thủy lực, phanh xe, cầu nâng ô tô và các máy ép công nghiệp.
Cách sử dụng
Nhập lực đầu vào F1 tác dụng lên pít-tông nhỏ (đơn vị newton), diện tích pít-tông đầu vào nhỏ A1, và diện tích pít-tông đầu ra lớn A2. Hãy dùng cùng một đơn vị diện tích cho cả hai pít-tông (ở đây là cm²). Máy tính sẽ cho ra lực đầu ra F2, tỉ số khuếch đại lực và áp suất của hệ thống.
Giải thích công thức
Áp suất bằng lực chia cho diện tích, và áp suất ở hai phía là bằng nhau: \( F_1 / A_1 = F_2 / A_2 \). Biến đổi lại ta được
$$F_2 = \text{F}_1\text{ (N)} \times \frac{\text{A}_2\text{ (cm}^2\text{)}}{\text{A}_1\text{ (cm}^2\text{)}}$$Tỉ số \( A_2/A_1 \) chính là lợi thế cơ học — pít-tông đầu ra càng lớn thì lực được khuếch đại càng nhiều, nhưng pít-tông lớn lại di chuyển một quãng đường ngắn hơn theo tỉ lệ tương ứng, đảm bảo bảo toàn năng lượng.
Ví dụ minh họa
Giả sử \( F_1 = 500 \text{ N} \) đẩy lên một pít-tông nhỏ có diện tích \( A_1 = 5 \text{ cm}^2 \), còn pít-tông đầu ra có diện tích \( A_2 = 50 \text{ cm}^2 \). Khi đó \( A_2/A_1 = 10 \), nên
$$F_2 = 500 \times 10 = 5{.}000 \text{ N}$$Áp suất hệ thống bằng \( 500 \text{ N} \div 0{,}0005 \text{ m}^2 = 1{.}000{.}000 \text{ Pa} \) (1 MPa).
Câu hỏi thường gặp
Máy ép có tạo ra năng lượng miễn phí không? Không. Lực đầu ra lớn hơn nhưng di chuyển một quãng đường ngắn hơn, nên công đưa vào bằng công thu được (trừ đi tổn hao do ma sát).
Tôi nên dùng đơn vị nào? Lực tính bằng newton; hai diện tích phải dùng cùng đơn vị (ở đây là cm²). Tỉ số không có đơn vị, nên F2 sẽ có đơn vị là newton.
Áp suất được tính như thế nào? Áp suất = \( F_1 / A_1 \) với A1 được đổi sang mét vuông (1 cm² = 0,0001 m²), cho kết quả tính bằng pascal.
