Máquinas Hidráulicas

Las máquinas hidráulicas se usan en muchos dispositivos mecánicos, desde nuestros automóviles hasta los resortes que se usan en los trenes. Los sistemas hidráulicos están involucrados. Estos sistemas se basan en un principio muy básico pero son muy efectivos. Estos sistemas se pueden utilizar para levantar pesos muy pesados que de otro modo serían imposibles de levantar. Las máquinas hidráulicas se basan en la presión. Es esencial comprender estos sistemas para obtener una visión general de la maquinaria compleja que se utiliza a nuestro alrededor. Veamos este concepto en detalle.

Ley de Pascal

El científico francés Blaise Pascal observó que la presión en un fluido en reposo es la misma en todos los puntos si estos puntos están a la misma profundidad. La siguiente figura muestra un elemento cilíndrico en el fluido de área A y altura h. Sea P 1 la presión en la parte superior del elemento _y P ₂ en la parte inferior. Supongamos que el peso del líquido es “mg” en este elemento. Entonces la diferencia de presiones entre los dos puntos viene dada por,

P1 – P2 ₌_mgh /A

Ahora, suponiendo que la densidad del líquido sea «d», entonces la masa del líquido en el elemento será,

m = d(Ah)

⇒ m = dAh

Reemplazando este valor de m en la ecuación anterior para la diferencia de presión,

P ₁ – P ₂ = dgh

Esta presión extra con la altura “h” se llama presión manométrica.

Veamos qué sucede cuando cambiamos la presión sobre el líquido. De acuerdo con la ley de transmisión de Pascal, siempre que se aplique presión externa a cualquier parte de un líquido. Esta presión se distribuye en todas las direcciones por igual. Una serie de dispositivos se basan en este principio. El ascensor hidráulico es también una aplicación de esta ley. Considere un elevador hidráulico como el que se muestra en la siguiente figura. Los dos pistones están separados por un espacio lleno de líquido. Se usa un pistón de pequeña sección transversal A ₁ para ejercer una fuerza F ₁ directamente sobre el líquido.

La presión que se ejerce en la columna está dada por, P = $\frac{F_1}{A_1}$ . Esto se transmite por todo el líquido, lo que da como resultado que la presión se aplique sobre el otro pistón. El área del otro pistón es A ₂ , la fuerza que siente este pistón está dada por,

$P = \frac{F_2}{A_2}$

⇒ $\frac{F_1}{A_1} = \frac{F_2}{A_2}$

⇒ $F_2 = \frac{F_1A_2}{A_1}$

Observe que la fuerza aplicada se incrementa por el factor de $\frac{A_2}{A_1}$ . Esta propiedad ayuda en los sistemas hidráulicos para levantar pesos muy pesados.

Problemas de muestra

Pregunta 1: Las máquinas hidráulicas trabajan en la aplicación de:

Ley de Pascal
Ley de Newton
Ley de la gravedad
Ninguno de esos

Responder:

Las máquinas hidráulicas se basan en la ley de transmisión de Pascal. Dice,

Siempre que se aplica presión externa a cualquier parte de un líquido. Esta presión se distribuye en todas las direcciones por igual.

Por lo tanto, la respuesta es (1)

Pregunta 2: Encuentra la diferencia de presión que se produce cuando alguien se sumerge 10 m en el agua. Dada, la densidad del agua = 1000Kg/m ³ .

Responder:

La diferencia entre las presiones viene dada por,

P ₁ – P ₂ = dgh

Dado: d = 1000, g = 10 y h = 10

P ₁ – P ₂ = dgh

⇒P ₁ – P ₂ = (1000)(10)(10)

⇒P ₁ – P ₂ = 10 ⁵ Kg/m ²

Pregunta 3: Encuentra la diferencia de presión que surge cuando alguien se sumerge 50 m dentro de un líquido. Dada la densidad del agua = 500Kg/m ³ .

Responder:

La diferencia entre las presiones viene dada por,

P ₁ – P ₂ = dgh

Dado: d = 500, g = 10 y h = 50

P ₁ – P ₂ = dgh

⇒P ₁ – P ₂ = (500)(10)(50)

⇒P ₁ – P ₂ = 25 × 10 ³ Kg/m ²

Pregunta 4: Un pistón hidráulico tiene dos extremos del área A ₁ = 1 m ² y A ₂ = 0,2 m ² . Se aplica una fuerza de 100 N sobre el pistón con un área más pequeña. Encuentre la fuerza en el otro extremo.

Responder:

En un sistema hidráulico, la fuerza en el otro extremo está dada por,

$F_2 = \frac{F_1A_2}{A_1}$

Dado: A ₁ = 1m ² y A ₂ = 0.2m ² . F1 = _100N

Reemplazando los valores en la ecuación,

$F_2 = \frac{F_1A_2}{A_1}$

⇒ $F_2 = \frac{(100)(1)}{(0,2)}$

⇒ $F_2 = 500N$

Pregunta 5: Un pistón hidráulico tiene dos extremos del área A ₁ = 0,5 m ² y A ₂ = 0,1 m ² . Se aplica una fuerza de 50 N sobre el pistón con un área más pequeña. Encuentre la fuerza en el otro extremo.

Responder:

En un sistema hidráulico, la fuerza en el otro extremo está dada por,

$F_2 = \frac{F_1A_2}{A_1}$

Dado: A ₁ = 0,1 m ² y A ₂ = 0,5 m ² . F1 = _50N

Reemplazando los valores en la ecuación,

$F_2 = \frac{F_1A_2}{A_1}$

⇒ $F_2 = \frac{(50)(0.5)}{(0.1)}$

⇒ $F_2 = 250N$

Pregunta 6: Un pistón hidráulico tiene dos extremos del área A ₁ = 0,4 m ² y A ₂ = 0,1 m ² . El objetivo es recoger la caja de 50 kg mantenida en el pistón con 0,4 m ^{2 de} área. , encuentre la fuerza que debe aplicarse en el otro extremo.

Responder:

En un sistema hidráulico, la fuerza en el otro extremo está dada por,

$F_2 = \frac{F_1A_2}{A_1}$

Dado: A ₁ = 0,1 m ² y A ₂ = 0,5 m ² . F2 ₌ 500N

Reemplazando los valores en la ecuación,

$F_2 = \frac{F_1A_2}{A_1}$

⇒ $500 = \frac{F_1(0.4)}{(0.1)}$

⇒ $F_1 = 125N$

Publicación traducida automáticamente

Artículo escrito por anjalishukla1859 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA

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