ما هو الهيدروليك؟

فهرس المحتويات

• تعريف وأصل كلمة الهيدروليك
• تاريخ استخدام نظام الهيدروليك
• كيف نشأ علم الهيدروليك؟
• قانون باسكال
• العلاقة الرياضية لقانون باسكال
• تطبيقات قانون باسكال
• الاستنتاج

تعريف وأصل كلمة الهيدروليك

كلمة هيدروليك مشتقة في الأصل من الكلمة اليونانية “hydraulikos”، والتي تتألف من كلمتي “hydor” بمعنى الماء و”aulos” بمعنى الأنبوب. الهيدروليك يُعد في الأساس نظاماً ميكانيكياً يعتمد على القوة الناتجة عن ضغط السوائل. في الأنظمة القائمة على الهيدروليك، يتم إنتاج القوة عادةً من خلال الحركة الميكانيكية للمكابس المتحركة داخل الأسطوانات الهيدروليكية المملوءة بالسوائل أو الزيت المُضَخ.

على الرغم من أن كلمة هيدروليك مشتقة من كلمة تعني الماء، إلا أن الماء لا يُستخدم كوسيط في الأنظمة الهيدروليكية بسبب خصائصه التي تُسبب الصدأ والتآكل للمواد المعدنية. وبدلاً من ذلك، يُستخدم الزيت كبديل للماء في هذه الأنظمة.

تاريخ استخدام نظام الهيدروليك

في العصور القديمة، كان يتم استخدام أنظمة الهيدروليك بنظام الدائرة المفتوحة بشكل واسع، على سبيل المثال، نظام الهيدروليك المستخدم في شوشتر يُعد نموذجاً على ذلك. أدناه صورة تُظهر هذا النظام الهيدروليكي في شوشتر.

كيف نشأ علم الهيدروليك؟

لا يمكن تحديد من الذي اخترع الهيدروليك أو متى وكيف تم ذلك بشكل دقيق. ومع ذلك، يمكن إرجاع استخدام الأنظمة القائمة على الهيدروليك إلى القرن الأول الميلادي.
بليز باسكال، الفيزيائي والرياضي والمخترع والفيلسوف الفرنسي الذي عاش بين عامي 1623 و1662، حقق إنجازات كبيرة في مجالي الهيدروستاتيكا والهيدروديناميكا.

اخترع باسكال أول مكبس هيدروليكي، الذي استخدم الضغط الهيدروليكي لتكبير القوى. بالإضافة إلى ذلك، صاغ قانون باسكال أو ما يُعرف بـ مبدأ الهيدروستاتيكا لباسكال.

قانون باسكال

قانون باسكال

قانون باسكال (مبدأ باسكال) هو مبدأ في ميكانيكا السوائل، ويُشير إلى أنه في حالة التوازن، فإن السائل غير القابل للانضغاط الموجود في بيئة مغلقة ينقل الضغط المطبق عليه بالتساوي دون نقصان إلى جميع أجزاء السائل.

العلاقة الرياضية لقانون باسكال:

P=FAP = \frac{F}{A}

حيث:

• P: الضغط بوحدة باسكال.
• F: القوة المطبقة على السطح بوحدة نيوتن.
• A: مساحة السطح بالمتر المربع.

تطبيقات قانون باسكال:

لفهم أفضل لتطبيق مبدأ باسكال في الأنظمة الهيدروليكية، يمكن النظر إلى الشكل التالي الذي يُظهر نظامًا مغلقًا. يحتوي النظام على مكبسين بمساحات مقطع عرضي مختلفة ولكنهما في نفس الارتفاع بالنسبة لبعضهما (حالة التوازن).

في الشكل أعلاه،

نرمز إلى مساحة مقطع المكبس الأيسر بـ A1 والقوة المؤثرة عليه بـ F1، وإلى مساحة مقطع المكبس الأيمن بـ A2 والقوة المؤثرة عليه بـ F2. إذا قمنا بتطبيق قوة F1 على المكبس الأيسر، فإن هذه القوة ستؤدي إلى تحريك المكبس للأسفل، مما يدفع السائل الموجود تحته للتحرك أيضًا. نتيجة لذلك، يتم تطبيق قوة F2 على المكبس الأيمن، مما يؤدي إلى تحريكه للأعلى بنفس مقدار حركة المكبس الأيسر.

إذا اعتبرنا علاقة باسكال لكل جانب من المكبس بالشكل التالي:

F1A1=F2A2\frac{F1}{A1} = \frac{F2}{A2}

ونظرًا لأن السوائل غير قابلة للانضغاط، فإن الضغط المطبق على السائل يكون متساويًا في جميع أجزاء النظام الهيدروليكي. وبالتالي، يمكننا مساواة طرفي المعادلة أعلاه. ومن هنا، نصل إلى العلاقة التالية لحساب القوة F2:

F2=F1×A2A1F2 = F1 \times \frac{A2}{A1}

الاستنتاج

كما يتضح من العلاقة أعلاه، من خلال تطبيق قوة أصغر F1 على سطح أصغر A1 في المكبس الأيسر، يمكننا الحصول على قوة أكبر F2 على سطح أكبر A2 في المكبس الأيمن.

هذا المفهوم هو أساس العديد من الأنظمة مثل:

• مكابس الثني الهيدروليكية
• مكابس الضغط الهيدروليكية
• آلات القص الهيدروليكية
• آلات الثني الهيدروليكية
• أنظمة مكابح السيارات
• الرافعات الهيدروليكية
• الرافعات الثقيلة (الكرينات)
• المصاعد

تسهل هذه الأنظمة مهامًا مثل رفع الأوزان الثقيلة، الضغط على المعادن، أو تحريك الأشياء.

أدناه، يمكنك مشاهدة مقطع فيديو يوضح كيفية عمل النظام الهيدروليكي في مكبس هيدروليكي ومكابح السيارات.