Il torchio idraulico è una macchina che sfrutta le proprietà dei liquidi per amplificare una forza applicata. Fu inventato nel 1795 dall’ingegnere inglese J.Bramah (1748-1814) e viene usato tutt’ora per sollevare pesi rilevanti come auto o come pressa per comprimere sostanze ingombranti quali cotone, fieno o paglia, per spremere uve e semi, per esercitare forti trazioni.
Principio di Funzionamento
Il funzionamento è basato sul principio di Pascal, secondo cui la pressione esercitata su un punto qualsiasi di un liquido si trasmette integralmente in tutto il liquido e quindi anche all'altro pistone. Una delle proprietà dei liquidi è quella di trasmettere la pressione che agisce su un punto qualsiasi della sua superficie a tutte le sue particelle, in tutte le direzioni. A sua volta, tale pressione si sostanzia in una forza perpendicolare che agisce su ogni punto del liquido.
Per verificare questa proprietà, si può utilizzare un contenitore formato da due cilindri completi di pistoni e comunicanti tra loro tramite un tubo. Il tubo tra i due cilindri permette il passaggio del liquido da un cilindro all'altro. Inoltre, è fondamentale che ciascun pistone aderisca perfettamente alla superficie del proprio cilindro.
Se sul primo pistone si imprime una determinata forza fisica, tale forza eserciterà una pressione sulla superficie del primo cilindro. La pressione così creata verrà quindi trasmessa in tutte le direzioni, per poi dirigersi verso il tubo di comunicazione sino ad arrivare al liquido contenuto nel secondo cilindro. Arrivata al secondo cilindro, essa verrà esercitata anche al secondo pistone.
Affinché il sistema resti in una condizione di equilibrio, sul secondo pistone deve agire una forza pari a quella esercitata sul primo. È quindi sperimentalmente dimostrato che la pressione esercitata in un punto di un liquido in equilibrio si trasmette allo stesso modo e con la medesima intensità in ogni altro punto del liquido e, contemporaneamente, in tutte le direzioni.
Come Funziona in Pratica
Il torchio idraulico è una leva vantaggiosa che sfrutta l'incomprimibilità dei liquidi per sollevare pesi elevati mediante l'applicazione di forze decisamente minori.
L'esemplare è costituito da una base di legno su cui sono fissati due cilindri metallici di sezione differente, dotati di pistone e collegati da un tubicino a tenuta contenente un liquido (solitamente un olio). Il tubicino è interrotto a metà da un piccolo serbatoio per aggiungere l'olio. Il primo cilindro ha diametro di 8cm, il secondo cilindro ha diametro 2cm. Il cilindro più piccolo può essere abbassato mediante un dispositivo a leva di colore scuro. Sul cilindro più grande va posto l'oggetto da sollevare.
Se sullo stantuffo di sezione minore S1 si esercita una forza costante FM (forza motrice), si trasmette al liquido una pressione p = FM/ S1 che si propaga lungo il tubo fino a raggiungere il secondo pistone. Esso, quindi, tende a salire subendo dal liquido una forza FR=p · S2 = (FM/S1) · S2.= FM · (S2/S1) , cioè la forza FM viene amplificata di un fattore S2/S1 pari al rapporto fra le superfici dei due pistoni. Ad esempio: se il primo pistone ha una superficie di 1cm2 e quella del secondo una superficie di 1dm2 la forza viene amplificata 100 volte.
Applicazioni del Principio di Pascal
Il principio di Pascal trova applicazione ogni qualvolta si desideri amplificare una forza, sfruttando lo scorrere di un fluido all'interno di cilindri muniti di pistoni. Esempi di applicazione del principio appena illustrato sono la pressa idraulica, il torchio e i freni idraulici.
Ad esempio, il principio è alla base del funzionamento della pressa idraulica, ovvero un'apparecchiatura meccanica che sfrutta lo scorrimento di un fluido, generalmente olio idraulico, per generare una forza tale da comprimere e compattare diversi materiali. Il principio di Pascal è anche alla base del funzionamento dei freni idraulici i quali, sfruttando la presenza di un particolare liquido, trasferiscono la pressione esercitata dal conducente sul pedale al meccanismo frenante.
Un sollevatore idraulico (o cric idraulico) è costituito da due pistoni uno di area di appoggio pari a 10 cm2 e l'altro di superficie maggiore. In un sollevatore (o torchio) idraulico la superficie del pistone più piccolo è ⅒ di quella del pistone più grande.
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