Il torchio idraulico è un dispositivo ingegnoso che sfrutta il principio di Pascal per agire come un amplificatore di forza. Esso è costituito da due piatti o superfici posti come stantuffo sopra un cilindro, dove ogni cilindro possiede una superficie di appoggio diversa.
Principio di Pascal e Pressione
La legge di Pascal è una delle pietre miliari della meccanica dei fluidi. Per la legge di Pascal, la pressione che si esercita su un punto di un liquido si trasmette pari in ogni altro punto. Ciò significa che la pressione viene trasmessa dai punti più "esterni" del fluido (ossia quelli più vicini al pelo libero) a quelli più "interni".
Se applichiamo una forza alla superficie S1, la pressione si trasmetterà anche alla superficie S2 che pertanto subirà una forza F2. Sfrutta un sistema di pistoni collegati tra di loro, con aree diverse. Il segreto risiede semplicemente nel trovare lo stesso rapporto forza/superficie (e quindi lo stesso valore di pressione) da entrambe le parti: a una superficie più piccola corrisponderà una forza minore, mentre a quella più grande una con intensità maggiore.
Formula della Pressione
La grandezza fisica che consente di valutare il rapporto tra l'intensità della forza e la superficie considerata (superficie di contatto) è la pressione. La formula da cui si ricava la stessa grandezza è data dal rapporto tra la componente perpendicolare della forza presa in esame (espressa in Newton [math]N[/math]) e la superficie su cui essa è applicata (espressa in metri quadrati [math]m^2[/math]).
[math]\frac{F}{S}=P[/math], che in termini di unità di misura si esprime come [math]\frac{N}{m^2}=Pa[/math].
La Forza: Un Concetto Fondamentale
La forza è un concetto fondamentale in fisica: essa non è altro che una grandezza capace di cambiare lo stato di un corpo. Nella vita quotidiana è possibile assistere a un gran numero di eventi causati da forze: il più evidente è sicuramente il movimento muscolare, promosso dalla forza dei muscoli.
Quando si desidera quantificare l'effetto di una forza in una determinata applicazione, è spesso opportuno tenere in considerazione anche la superficie su cui agisce. Il motivo alla base di questa scelta è molto semplice: supponiamo di avere due lastre rettangolari. La prima è lunga [math]20 cm[/math], la seconda è lunga il doppio. Supponiamo di schiacciare attraverso la punta del dito con la stessa forza entrambe le lastre: la forza avvertita da ogni singola particella della lastra più piccola sarà sicuramente più alta rispetto a quella avvertita dalle particelle della lastra più grande.
Anche i chiodi ne forniscono un esempio lampante: per piantarne uno serve una forza relativamente bassa, in quanto viene applicata su una piccola superficie facendo scaturire un'elevata pressione.
La legge di Pascal dice che quando si applica una determinata pressione a un corpo immerso in un fluido, essa si trasmette con lo stesso valore su tutta la sue superficie.
Tale formula è stata ricavata sperimentalmente, attraverso l'inserimento di un tubo sottile e lungo in un recipiente pieno d'acqua. Pascal iniziò a versare dell'acqua all'interno del tubo sottile fino a che, raggiunta una certa quantità di acqua, il recipiente esplose per effetto della pressione.
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 il Torchio Idraulico
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.
Questa semplice simulazione permette di apprezzare l’applicazione del principio di Pascal riguardante l’intervento di una pressione esterna su un fluido presente in un sistema chiuso. Il principio afferma che la pressione esercitata dall’esterno agisce in egual misura su tutto il sistema. La differenza di sezione di due cilindri permette di sfruttare questo principio per sollevare una massa imponente applicando sul pistone del cilindro più piccolo una forza molto meno intensa. Partendo dal presupposto che la pressione, ovvero il rapporto tra Forza e Area della superficie soggetta alla forza si conserva costante.
Pertanto a una forza molto intensa, come può essere il peso di un’auto che preme su un’altrettanto vasta superficie, si oppone nell’altro cilindro, di piccola sezione, una forza meno intensa. Per intenderci supponiamo di avere due cilindri che hanno rispettivamente sezioni di area 2 e 10 metri quadrati e sul più grande vi è una forza premente di 100 newton. Per far sollevare il peso di 100 newton basterà far agire sul pistone del piccolo cilindro una forza di soli 20 newton.
Applicazioni Pratiche: Il Sollevatore Idraulico
Un sollevatore idraulico (o cric idraulico) è un esempio pratico del torchio idraulico, 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.
A proposito del funzionamento di un sollevatore idraulico, è importante sottolineare quali siano le componenti di uno strumento di questo genere. Quando la pressione sarà stata rilasciata attraverso l’azione regolare degli strumenti precedentemente citati, ci sarà un’apertura definitiva della valvola di rilascio con il pistone che riceverà, dunque, una spinta verso l’alto. Il martinetto idraulico è un sistema di leva molto utile, soprattutto per sollevare oggetti molto pesanti. Per il martinetto idraulico funzionamento e dettagli tutti da scoprire.
Principi Fisici del Martinetto Idraulico
Il suo funzionamento obbedisce a quel principio che in fisica è chiamato legge di Pascal. Per la legge di Pascal la pressione che si esercita su un punto di un liquido si trasmette pari in ogni altro punto.
Applicazioni Comuni
In realtà i martinetti idraulici possono avere funzioni molto differenti, anche se quella più conosciuta è certamente la possibilità di sollevare le auto soprattutto per cambiare le gomme. 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.
Tipologie di Martinetti Idraulici
Possiamo trovare sul mercato diversi tipi di martinetti idraulici. Le loro differenze si riscontrano anche per quanto riguarda il peso che sono in grado di sollevare. Ma vediamone alcune tipologie più comunemente utilizzate.
- Cric idraulico per chiodi: soprattutto utilizzato per le grandi macchine e le attrezzature.
- Cric per cambio: per i servizi di cambio e manutenzione nelle automobili.
- Cric idraulico a bottiglia: che ha una forma cilindrica per sollevare in senso orizzontale attraverso l’attivazione di una leva.
Altri elementi da tenere presenti sono costituiti dalla dimensione e dal peso. Ci sono comunque delle versioni che hanno anche la maggior parte dell’involucro in alluminio e quindi si rivelano più pratici.
Martinetto Idraulico vs. Martinetto Meccanico
Macchina atta a esercitare una forza considerevole e, in particolare, in grado di sollevare grossi carichi (detta anche martinello). Se ne hanno due tipi principali: meccanico e idraulico.
Martinetto Meccanico
Il m. meccanico (o a vite) consiste in una vite trapezoidale di sollevamento in acciaio, che si impegna nella filettatura interna di una corona circolare, in bronzo o in acciaio. Facendo ruotare la corona, accoppiata esternamente a una vite elicoidale, azionata da un motore esterno, e impedendo la rotazione della vite di sollevamento collegata rigidamente al carico da sollevare, si provoca l’innalzamento o l’abbassamento della vite stessa a seconda del senso di rotazione della corona (m. a vite traslante). Nel m. a vite rotante, la vite in acciaio, collegata rigidamente alla corona, ruota e su di essa scorre una madrevite mobile che, solidale al carico da sollevare, avanza o retrocede a seconda del verso di rotazione della vite stessa. Il comando del m.
Martinetto Idraulico
Nei m. idraulici lo spostamento del carico è ottenuto dall’azione di liquido in pressione (in genere olio) su di uno stantuffo, solidale al carico da sollevare, operante in un cilindro. L’olio in pressione è spinto nel cilindro mediante una pompa esterna e l’ammissione del liquido nelle due camere, formate dallo stantuffo nel cilindro, è controllata da valvole in modo da variare la corsa di sollevamento del pistone e la sua velocità di spostamento. La pompa dell’olio è azionata da un motore esterno o, solo per applicazioni di modesta potenza, manualmente. Nel caso in cui la pressione sia esercitata da aria compressa e non da un liquido, il m.
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.
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