流體力學

液壓機

液壓機是一種利用被困住的液體(通常是油)把小推力變成巨大推力的機器。兩個大小不同的活塞放在一個相連的裝液容器裡;輕輕按下小活塞,大活塞就能輕鬆舉起一輛汽車。它是槓桿的流體版本,回答一個很實際的問題:一個人怎麼能施出比單靠肌肉大上許多倍的力?

它直接源自帕斯卡原理。用力 F_1 按下面積為 A_1 的小活塞,會使流體壓力上升 P = F_1 / A_1,而這同一份壓力作用在面積為 A_2 的大活塞上,產生力 F_2 = P × A_2。把這些合起來得到 F_2 = F_1 × (A_2 / A_1):輸出力被放大了兩活塞面積的比值。把大活塞做成小活塞面積的一百倍,你的力就被放大一百倍。

天下沒有白吃的午餐,這正是關鍵的誠實之處。能量守恆,所以機器無法憑空創造功。大活塞移動的距離會按同樣比例變小:對理想液壓機而言,F_1 × d_1 = F_2 × d_2。你得到了力,卻失去了距離——要把小活塞抽送一長段行程,才能讓沉重的負載往上挪一點點。在這一點上,液壓機和槓桿或滑輪組完全一樣,是「力的放大器」,絕不是「能量的放大器」。

若大活塞的面積是小活塞的 50 倍,在小活塞上施 200 N 的推力,就能舉起 F_2 = 200 × 50 = 10 000 N,足以抬起一輛小汽車;但小活塞必須被推 50 公分,負載才會上升 1 公分。

力被面積比放大,但距離也按同樣比例縮小,所以功保持不變。

液壓機放大的是力,不是能量。能量守恆要求大活塞移動的距離按比例變小,所以輸入的總功等於輸出的功(扣除摩擦)。

又称
hydraulic lift油壓機液壓舉升機