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May 20, 2024

液体を使って大きな荷物を持ち上げる

Science Buddies による油圧駆動のアクティビティ 主な概念 物理工学 単純な機械 力 圧力 はじめに どんなに強い人間でも、トラックを空中に持ち上げることはできません。 私たちの脳は、

Science Buddies による水力発電のアクティビティ

主要な概念物理工学単純な機械力圧力

導入どんなに強い人間でもトラックを空中に持ち上げることはできません。 しかし、私たちの脳は、重い物体を持ち上げることができるツール、つまり油圧リフトを作成できるほど賢いのです。 自動車修理工場、車椅子用エレベーター、さらには超高層ビルの建設現場でも見つけることができます。 彼らは物を持ち上げるために利用できる力を増加させるために水（または他の液体）を使用します。 このアクティビティでは、実際にそれを組み立てることができます。 ぜひ試してみて、水の力で持ち上げるのがいかに簡単かを実感してください。

背景手押し車を使用したことがある方は、重い物体を持ち上げるのに役立つことをご存じでしょう。手押し車のハンドルを持ち上げるほうが、物体自体を持ち上げるよりも簡単です。 油圧リフトも同じ役割を果たします。 軽い力で重い物体を動かすことができます。

「油圧」とは、水や油などの液体を動かすことで動作する工具を指します。 液体を圧縮することはできません (特別な装置がない限り)。 これは、液体をどれだけ強く押しても、その体積を著しく変えることはできないことを意味します。 やってみて！ 経口薬の注射器に水を入れ、開いた先端を指で閉じ、プランジャーを押し込んでみてください。できないことがわかります。 たとえ象をプランジャーの上に置くことができたとしても、注射器内の液体は圧縮されません。 では、この水の力を使って何ができるのでしょうか？

何かを動かそうとする場合、力を加えるだけでなく、力が広がる全領域を考慮することも重要です。 Play-Doh で遊んだときのことを思い出してください。 指を生地に押し込むのは簡単ですが、手のひらを生地に押し込むのは難しく、おそらくより多くの抵抗を感じたでしょう。 手の表面積が大きいため、力がより広い範囲に分散され、指 1 本で押す場合よりも 1 平方インチあたりに生地にかかる力が少なくなります。 ここで、この問題を逆に考えてみましょう。何かを持ち上げようとするときなど、平方インチあたりの力を小さくしたい場合があります。 物体をより大きな面に配置して、持ち上げるときにかかる圧力を減らす方法はありますか? アクティビティを試してみてください。

材料

準備

手順

観察と結果おそらく、大きな補助注射器を使って瓶を持ち上げるほうが簡単だと感じたでしょう。 この組み合わせでは、瓶の移動距離もおそらくはるかに短くなりました。

一方のプランジャーを押すと、閉じたシステム内の液体が同じ圧力でもう一方のプランジャーを押します。 圧力は領域に力を加えることによって生成されるため、小さな領域を小さく押すと、より広い領域をより大きく押すのと同じ圧力が生成されます。 油圧リフトが力を何倍にもすることができるのはこのためです。小さなプランジャーを押すと、発生した圧力が液体を通ってはるかに大きなプランジャーに伝わり、大きなプランジャーにかかる負荷は最初に押したときよりもはるかに大きく感じられます。作った。 そのため、小さな注射器よりも大きな補助注射器を使用した方が簡単で、試してみればより多くの体重を動かすことができました。

プロセス中に液体がどのように一方のカラムからもう一方のカラムに移送されるかを見ましたか? 液体の体積は変化しないため、大きいプランジャーは小さいプランジャーほど動きません。 しかし、それは重い物体を持ち上げることと引き換えです。

さらに探索するジャックイットアップ！ 油圧を使用して荷物を持ち上げる (Science Buddies より) 油圧システムによる力の増大 (Wisc Online より) レバーを使った重量物持ち上げ (Scientific American より) 子供向けの STEM アクティビティ (Science Buddies より)

このアクティビティは、Science Buddies との提携により実現しました。

メーガン・バーテルズ

アンドレア・トンプソン

ティモシー・クンドロ、サミール・ヌルモハメド、ヘマント・カッカール、サルヴァトーレ・アフィニート | 意見