هیدرولیک چیست؟

فهرست مطالب

• تعریف و ریشه واژه هیدرولیک
  • تاریخچه استفاده از سیستم هیدرولیک
  • هیدرولیک چگونه به وجود آمد؟
  • قانون پاسکال
    • رابطه ریاضی پاسکال:
    • کاربرد قانون پاسکال:
      • نتیجه گیری

تعریف و ریشه واژه هیدرولیک

کلمه هیدرولیک در اصل از واژه یونانی “hydraulikos” منشاء گرفته است و به نوبه خود از واژه هیدرو  “hydor”به معنای آب و واژه  aulos”” به معنی لوله تشکیل شده است. هیدرولیک در واقع عملکردی مکانیکی به حساب می‌آید که از طریق نیروی ناشی از فشار سیال عمل می‌کند. در سیستم‌های مبتنی بر هیدرولیک، نیرو معمولاً از طریق حرکت مکانیکی پیستون‌های متحرک در سیلندرهای هیدرولیک محتوی مایع یا سیال پمپ‌شده، تولید می‌شود. با وجود اینکه در کلمه هیدرولیک از واژه آب استفاده شده است ولی در عمل به دلیل خاصیت ایجاد‌کننده زنگ زدگی و خورندگی آب بر روی مواد فلزی، از آن به عنوان سیال در سیستم هیدرولیک استفاده نمی‌شود و معمولاً از روغن به جای آب استفاده می‌شود.

تاریخچه استفاده از سیستم هیدرولیک

در زمان‌های گذشته نیز از سیستم‌های هیدرولیک به صورت مدار باز استفاده زیادی می‌شد، برای مثال سیستم هیدرولیک مورد استفاده در شوشتر نمونه‌ای از آن به شمار می‌آید. در زیر تصویری از این سیستم هیدورلیک در شوشتر را مشاهده می‌کنید.

هیدرولیک چگونه به وجود آمد؟

در مورد اینکه، چه کسی، در چه زمانی و چگونه هیدرولیک را به وجود آورده است، نمی‌توان اظهار نظر دقیقی کرد. با این وجود، استفاده از سیستم‌های مبتنی بر هیدرولیک را می‌توان به قرن یکم میلادی نسبت داد. بلز پاسکال، فیزیکدان، ریاضیدان، مخترع و فیلسوف فرانسوی که در فاصله سال‌های 1623 تا 1662 میلادی می‌زیست، به دستاوردهای قابل توجهی در زمینه‌های هیدرواستاتیک و هیدرودینامیک دست یافت. او اولین دستگاه پرس هیدرولیک را اختراع کرد، که از طریق فشار هیدرولیکی برای ضرب نیروها استفاده می‌کرد.علاوه بر این، او قانون پاسکال یا اصل هیدرواستاتیک پاسکال را بیان کرد.

قانون پاسکال

قانون پاسکال (اصل پاسکال) به عنوان یک اصل در مکانیک سیالات است و بیان می‌کند که در حالت تعادل، یک سیال تراکم‌ناپذیر که در محیط بسته قرار دارد فشار وارد بر خود را بدون تغییر (کاهش) به تمام دیگر نقاط سیال منتقل می‌کند.

رابطه ریاضی پاسکال: 

که در آن P، فشار بر حسب پاسکال

F، نیروی وارد به سطح بر حسب نیوتن

A، سطح مقطع بر حسب مترمربع است.

کاربرد قانون پاسکال:

برای درک بهتر کاربرد اصل پاسکال در سیستم‌های هیدورلیک، شکل زیر را در نظر بگیرید که، یک سیستم بسته را نشان می‌دهد. دو پیستون با سطح مقطع متفاوت ولی در ارتفاعی برابر نسبت به هم  قرار گرفته‌اند (حالت تعادل).

در شکل بالا، سطح مقطع پیستون سمت چپ را A1 و نیروی وارد به آن را با F1 نشان می‌دهیم و سطح مقطع پیستون سمت راست را با A2 و نیروی وارد به آن را با  F2 نشان می‌دهیم. اگر پیستون سمت چپ را تحت نیروی F1 قرار دهیم، این نیرو سبب جابجایی پیستون به سمت پایین شده و به طبع آن، سیال موجود در زیر پیستون نیز حرکت کرده و باعث اعمال نیروی F2 به پیستون سمت راست و حرکت آن به طرف بالا می‌شود که دقیقا با مقدار حرکت پیستون سمت چپ برابر است. چنانچه رابطه پاسکال برای هر طرف پیستون را به صورت زیر در نظر بگیریم. داریم:

از آنجایی که سیالات تراکم ناپذیر هستند، فشار وارد به سیال در همه جای سیستم هیدرولیک برابر است. پس بنابراین می‌توانیم دو طرف رابطه بالا را با هم برابر قرار دهیم. بنابراین به رابطه زیر می‌رسیم:

در نتیجه، طبق رابطه بالا، برای محاسبه نیروی F2 داریم:

نتیجه گیری

همانطور که از رابطه بالا قابل برداشت است با اعمال نیروی کوچکتر F1 به سطح کوچکتر A1، در پیستون سمت چپ می‌توان نیروی بزرگتر F2 را در سمت پیستون راست با سطح بزرگتر A2 بدست آورد. این مفهوم، اساس بسیاری از سیستم‌های موجود از جمله دستگاه‌های پرس برک، پرس هیدرولیک، دستگاه‌های قیچی هیدرولیک، دستگاه‌های خم‌ کُن هیدرولیک، سیستم ترمز اتومبیل، جک‌های هیدرولیک، جرثقیل، آسانسور و … است، که کارهایی مانند بلند کردن وزنه‌، ضربه زدن روی فلز یا فشار دادن اشیا را تسهیل می‌کند.

در ادامه ویدئویی از نحوه عملکرد سیستم هیدرولیک را، در دستگاه پرس هیدرولیک و ترمز اتومبیل مشاهده می‌کنید.