المكبس الهيدروليكي |

يتم تعريف ما هو المكبس الهيدروليكي؟ و المبدأ العلمي له و كيف يعمل المكبس و تطبيقات عليه.

ما هو المكبس الهيدروليكي؟

المكبس الهيدروليكي هو آلة تستخدم لنقل الحركة و مضاعفة القوة. أنبوب على شكل حرف (U) و يوجد عند كل طرف مكبس حر الحركة وتملأ الأنبوبة بالسائل الهيدرولیکی (سائل لا يحتوي على فقاعات وغير قابل للانضغاط).

المكبس أشبه بالمانومتر و لكن بدل من الضغط بغازين على السائل بالمانومتر يتم الضغط بمكبسين على كل مكبس منهم أثقال.

المبدأ العلمي للمكبس الهيدروليكي

يعتمد المكبس الهيدروليكي على قاعدة باسكال : الضغط المؤثر على سائل في إناء مغلق ينتقل بتمامه خلال جزيئات السائل و كذلك إلى جدران الإناء الحاوي له. لتحقيق القاعدة المبني عليها المكبس يستخدم سائل غير قابل للانضغاط و معظم السوائل غير قابل للإنضغاط طالما أنها لا تحتوي على فقاعات غازية.

كيف يعمل المكبس

عندما يتحرك أحد المبكسين ليضغط السائل.فان الضغط سوف ينتقل بتمامه داخل السائل و يصل الى المكبس الآخر مما يؤدي إلى تحركه.

وبالنظر إلى الضغط فإنه في الحالتين متساوي.
أما القوة فإنها تتغير نظرا لأن القوى تساوي الضغط في المساحة وكده المكبسين ليس لهما نفس المساحة. وبطبعه تكون القوي على المكبس الكبير F أكبر من القوي على المكبس الصغير f.
عند حركة المكبس الكبير إلى أسفل مثلا فانه سوف يحرك حجم كبير من الماء. و نظرا لكبر مساحة وعندما ينتقل هذا الحجم الى المكبس الصغير فإنه سوف يترجم الى طول كبيرا d . فإن الإزاحة التي يقوم بها كلا المكبسين ليست متساوية فتكون كبيرة في المكبس الصغير و إزاحة صغيرة في المكبس الكبير D .لأن هناك تناسب عكسي مع المساحة عند ثبوت الحجم.

قوانين المكبس

$P = p$
$\frac{f}{a} =p=P = \frac{F}{A}$

و بالتالي
$\frac{A}{a} = \frac{d}{D}$

كل ما هو حروف كبيرة تشير إلى الكبير و الحروف الصغيرة تشير إلى المكبس الصغير.

مثال لتوضيح فكرة مضاعفة القوى على المكبس

مساحة المكبس الصغير a يساوي 10 سم مربع و مساحة المكبس الكبير A تساوي 1000 سم مربع. فعند الضغط بقوة f ناشئة عن كتلة عشرة كيلو جرام على المكبس الصغير. فإن المكبس الصغير سوف يتحرك بفعل الضغط وينتقل هذا الضغط بتمامه داخل السائل ليصل الى المكبس الكبير و يتحرك. عندها يتأثر المكبس الكبير بقوة F مقدارها حاصل ضرب الضغط الناشئ P في مساحة المكبس الكبير A. ولأن مساحة المكبس الكبير 100 مرة مساحة المكبس الصغير فإن القوى المتولدة عليه 100 مرة القوى الناشئة. أي عند وضع 10 كيلوغرامات على المكبس الصغير تكفي لرفع كتلة مقدارها واحد طن.

تطبيقات على المكبس الهيدروليكي

مكابح السيارة فعندما يضغط السائق يولد قوي صغيرة على المكبس الصغير والتي تتحول بدورها الى قوى كبيرة على المكبس الكبير لكبح هذه العجلات التي تتحرك. و من الجدير بالذكر أن السائل المستخدم في الفرامل هو الزيت و لكن إذا حدث ودخل بعض الهواء إلى الفرامل فإنه سوف يؤدي إلى عدم انتقال الضغط تمامه من المكبس الصغير إلي المكبس الكبير (وذلك لقابلية الغازات للانضغاط) أي سوف تفقد الفرامل وظيفتها.
كرسي طبيب الأسنان يعمل ايضا بالمكبس للسهولة رفع المرضى وتحريكهم.
الحفار أيضا يعمل باستخدام المكبس الهيدروليكي.
المكبس الهيدروليكي لرفع السيارات.

الفائدة الالية للمكبس الهيدروليكي

مدي إمكانية الاستفادة من المكبس كألة. وذلك يتوقف على مقدار القوة التي يمكن توليدها على المكبس الكبير. أو بعبارة اخرى مقدار مضاعفته للقوى. و يمكن صياغة قانون الفائدة الآلية $\eta$ للمكبس كالأتي

$\eta = \frac{F}{f}$

ويمكن كتابته بصور أخرى كالاتي

$\eta = \frac{A}{a} = \frac{F}{f} = \frac{d}{D}$

الفائدة الآلية ليس لها وحدة قياس لأنها نسبة بين كميتين من نفس النوع
الفائدة الآلية للمكبس الهيدرولیکی کمية ثابتة لكل مكبس وقيمتها دائما أكبر من الواحد
المكبس الهيدروليكي لا يضاعف الطاقة بل القوى.
الشغل على المكبس الصغير يساوي للشغل الناتج عند المكبس الكبير بفرض أن المكبس مثالی وكفاءته %100.
لا تصل كفاءة أي مكبس هيدروليكي إلى %100 ، أي هناك فقد في الشغل المبذول في صورة وجود قوى احتكاك بين كل من المكبسين وجدار الأنبوبة أو بسبب وجود فقاعات غازية في السائل الهيدرولیکی تستهلك شغلا لتقليل حجمها.