Lekce I / 06 - Hydraulika

Hydraulika

Hydraulika se zabývá využitím mechanických vlastností tekutin pro technické účely. Hydraulika studuje rovnováhu i pohyb tekutin, ale také vzájemné působení tekutin a tuhých těles.

Hydraulické zařízení

Hydraulické zařízení je mechanický stroj, který využívá hydrauliky a jehož princip vychází z Pascalova zákona. Jeho hlavní částí jsou dvě válcové nádoby nestejného průřezu, u dna spojené trubicí. Oba válce i spojovací trubice jsou naplněny kapalinou (obvykle se jedná o hydraulický olej), která je uzavřena pohyblivými hydraulickými písty. Působíme-li na menší píst tlakovou silou, vyvolá tato síla v kapalině tlak, který je ve všech místech kapaliny, tedy i ve válci s širším pístem, stejný.

Velikosti sil působících na písty jsou ve stejném poměru jako obsahy jejich průřezů. To znamená, že na širší píst působí kapalina tolikrát větší silou, než je síla působící na užší píst, kolikrát je obsah průřezu širšího pístu větší, než je obsah průřezu pístu užšího. Síla působící na širší píst může být tedy mnohonásobně větší než síla působící na užší píst.

Využití hydraulického zařízení: např. ve stavebnictví, v zemědělství, v průmyslu, v dopravě. Praktické příklady: hydraulické brzdy vozidel, hydraulický zvedák, hydraulický lis.

Na stejném principu pracují pneumatická zařízení, v nichž se přenáší tlak stlačeným vzduchem. Jsou to např. pneumatické buchary, pneumatická kladiva, pneumatické brzdy u vlaků.

Hydraulický lis

Hydraulický lis je stroj, který k vytváření tlaku využívá vlastností kapaliny. V technické praxi se tohoto typu lisu používá zejména pro konstrukci největších, respektive nejsilnějších lisů, ty se používají zejména v těžkém průmyslu. Kapalina používaná v těchto lisech obvykle bývá běžný hydraulický olej.

Hydraulické zařízení
Obrázek Pompwagen od Sterkebak [CC-BY-3.0], via Wikimedia Commons

Hydraulický zvedák

Hydraulický zvedák se používá pro nejtěžší břemena. Kapalina se vytlačuje kýváním páky přes výtlačný ventil pod píst o velkém průměru, přičemž je nádrž kapaliny uzavřena sacím ventilem. Břemeno se spouští otevřením přepouštěcího ventilu.

Hydraulický lis
Obrázek car pictogramod pawnk [Public Domain], via openclipart

Hydraulické brzdy

Hydraulické brzdy se používají především v osobních automobilech. Úkolem brzd je zajistit spolehlivé zpomalování vozidla, přibrzďování až do zastavení a zabránění pohybu při parkování. Princip činnosti spočívá v tření rotující části a třecího, brzdného členu, čímž se kinetická energie mění v teplo.

Princip přenosu síly u hydraulických brzd je založen na Pascalově zákoně. Řidič tlačí na brzdový pedál a síla je pomocí kapaliny přenesena až na brzdu kola. Hydraulická brzda může pracovat s velkými tlaky (až 18MPa), což dovoluje, aby komponenty systému byly malé. Díky tomu, že kapalina je prakticky nestlačitelná a vůle brzd jsou malé, tlak roste rychle a brzdy reagují s rychlou odezvou.

Hydraulické brzdy
Obrázek Hydraulic disc brake diagram od KDS444 [CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons

Hydrostatická tlaková síla

Hydrostatickou tlakovou silou působí kapalina na dno a na stěny nádoby, ale také na pevná tělesa ponořená do kapaliny. Hydrostatickou tlakovou silou působí např. voda na dno a na stěny bazénu, na tělo plavce pod vodní hladinou. Značně velkými hydrostatickými silami působí voda na těla mořských živočichů v hlubinách oceánů. Tlak v kapalině vyvolaný hydrostatickou tlakovou silou se nazývá hydrostatický tlak. Místa se stejným hydrostatickým tlakem se nazývají hladiny. Hladina s nulovým hydrostatickým tlakem je na volném povrchu kapaliny a nazývá se volná hladina.

Nestlačitelnost kapalin

Nestlačitelnost kapalin je jednou z jejích vlastností, která vyplývá ze vzájemných odpudivých sil mezi molekulami kapaliny, které zabraňují jejich vzájemnému přiblížení, což je příčinou velmi malé stlačitelnosti kapalin.

Stlačitelnost vzduchu

Vzhledem k poměrně velkým vzdálenostem molekul plynu, které se při jejich značné pohyblivosti neustále mění, jsou vzájemné síly mezi molekulami zanedbatelné. Proto plynná tělesa nemají stálý tvar ani stálý objem a nevytvářejí ani volný povrch. Tvar a objem plynného tělesa je určen tvarem a objemem nádoby, ve které je plyn uzavřen. Zvětší-li se objem nádoby, vyplní plyn celý její objem, naopak při zmenšení objemu nádoby, se zmenší i objem plynného tělesa. Na rozdíl od kapalin jsou plyny velmi snadno stlačitelné.

Využití stlačeného vzduchu

V průmyslu se stlačený vzduch používá zejména pro přenos energie pro pneumatické nástroje a zařízení. Příkladem je pneumatické kladivo či různé balicí stroje. Stlačeným vzduchem se nafukují pneumatiky, zvedací vaky, nafukovací čluny, míče, hračky. Stlačený vzduch je dále používán při potápění a práce pod vodou. Vzduch také slouží k dopravě - buď přímo (např. zemědělský fukar), nebo pro přepravu schránek např. v systému potrubní pošty. Rovněž se používá k instalaci optických kabelů, které by mechanické zasunování do potrubí poškodilo.

Pokud vás téma zaujalo a chcete se dozvědět více:

• http://cs.wikipedia.org/wiki/Hydraulika
• http://physics.mff.cuni.cz/kfpp/skripta/kurz_fyziky_pro_DS/display.php/kontinuum/4_1
• http://www.ucitel.net/fyzika/kapaliny
• http://cs.wikipedia.org/wiki/Hydraulick%C3%A9_za%C5%99%C3%ADzen%C3%AD
• http://radek.jandora.sweb.cz/f05.htm