#02 Fyzikálne zákony pri hydraulike

Hydraulika je náuka o silách a pohyboch, ktoré sa prenášajú pomocou kvapaliny. Hydraulika sa opiera o fyzikálne princípy hydrostatiky a hydrodynamiky. Hydrostatika predstavuje silový účinok tlaku na plochu. Hydrodynamika sa zaoberá silovým účinkom hmoty a zrýchlenia. V tomto článku si povieme o fyzikálnych zákonoch, ako napríklad Pascalov zákon, ktoré sa najčastejšie používajú v hydraulike.

Hydrostatika

1.Tlak v kvapaline

Stav kvapaliny v pokoji určuje tlak. Tlak p je definovaný vzťahom

p=F/S [Pa]

kde F je pôsobiaca sila na plochu S.

2.Pascalov zákon

Pre tlak vyvolaný vonkajšou silou platí známy Pascalov zákon. Znenie Pascalovho zákona je -  Tlak vyvolaný vonkajšou silou pôsobiacou na povrch kvapaliny alebo plynu sa v nich šíri všetkými smermi a je všade rovnaký. Pascalov zákon sa využíva ako v hydraulických tak aj pneumatických zariadeniach. Príkladom sú to dva valce s piestami obsahov S1 < S2 spojené trubicou a naplnené kavapalinou.  Ak na piest s obsahom S1 pôsobí sila F1, vyvolá sa v kvalapine tlak p1=F1/S1. Tento tlak sa šíri kvapalinou a v mieste väčšieho piestu s obsahom S2 kvapalina pôsobí silou veľkosti

F2=F1*(S1/S2)  [N]

zákon

 

3. Hydrostatický tlak

Pod pojmom hydrostatický tlak rozumieme tlak spôsobený vlastnou tiažou kvapaliny. Majme v hĺbke h ponorený objekt s plochou S. Stĺpec kvapaliny pôsobí na plochu tiažovou silou a tá na ploche S vyvolá tlak ktorý nazývame hydrostatický. Veľkosť tohto tlaku závisí len od hustoty kvapaliny a hĺbky.

phk*h*g [Pa]

zákon

Hydrodynamika

1.Objemový prietok

Pod pojmom objemový prietok môžeme rozumieť objem kvapaliny ktorý pretečie potrubím za jednotku času. V hydraulike sa objemový prietok označuje ako Q. Platí že

Q=V/t [l/min]

Napríklad ak sa 100l nádoba naplní sa 2minúty tak objemový prietok má hodnotu 50l/min.

2.Rovnica kontinuity

Rovnica kontinuity vyplýva z vlastností ideálnej kvapaliny. Ideálna kvapalina je nestlačiteľná. Pri prúdení kvapaliny sa nemôže tiež meniť objemový prietok. Preto keď kvapalina vtečie do užšej časti potrubia zvýši svoju rýchlosť a naopak, keď vtečie do širšej časti rýchlosť sa spomalí. Z toho vyplýva vzorec pre rovnicu kontinuity

S1*v1=S2*v2

3. Prúdenie kvapalín

Hydraulický olej ako aj iné kvapaliny sa pri prúdení nesprávajú ako ideálna kvapalina. Pri prúdení reálnej kvapaliny sa objavujú sily brzdiace jej pohyb ktoré súvisia s trením v kvapaline. Preto možno prúdenie rozdeliť na laminárne a turbulentné. Žiadúce je prúdenie laminárne keďže pri tomto druhu prúdenia sú prúdnice rovnobežné a stratová energia je pomerne malá. Pri turbulentnom prúdení sa prúdnice kvapaliny skrúcajú, vzniká veľký odpor a stratová energia stúpa. Pre rozdelenie laminárneho a turbulentného trenia sa využíva bezrozmerná veličina Reynolovo číslo Re. Toto číslo je dané vzťahom

Re=(v*d)/v

kde v je rýchlosť prúdenia, d priemer potrubia a kinematikcá viskozita kvapaliny. Pre laminárne prúdenie sa musí hodnota čísla čo najviac približovať hodnote Re≈2000.

Zdroj: Kudelcik, J., Hockicko, P. Základy Fyziky. Žilina: EDIS 2011 IBSN 978-80-554-0341-0

Autor: Matej Seman | Daily Automation