הידראוליקה

הידראוליקה היא מדע העוסק בחוקי שיווי המשקל וחוקי התנועה של נוזלים, אשר זורמים בתנאי לחץ. מערכת מדעית זו אף מפתחת שיטות ליישום חוקים אלה. לרוב, השימוש במונח הידראוליקה מתייחס לזרימת מים במערכת צינורות לחץ, אשר דוחסות נוזל ובכך מעבירות כוח.

נוזלים וגזים (המכונים יחד זורמים) מורכבים ממספר רב של מולקולות אשר נעות באופן אקראי לכל הכוונים. בכל זמן נתון מספר רב של מולקולות מתנגשות זו בזו או במשטח, והכוח אשר הן מפעילות בהתנגשות זו יוצר לחץ אחיד בקירוב טוב.

מקור השם הוא ביוונית הידרו – מים, אולוס – צינור.

כיום משתמשים בחוקי ההידראוליקה בכל מדעי הטבע ובענפי הטכנולוגיה בהם יש לנוזלים תפקיד חשוב. תנועת מים במובילים קרקעיים ותת-קרקעיים, אספקת מים, ניקוז, הובלת שפכים, טיהור שפכים, הגנה מפני שיטפונות, הפקת אנרגיה הידרו-חשמלית, הפקה והובלה של נפט, חימום, קירור וייצור מוצרי תעשייה.

בהתבסס על חוקי ההידראוליקה, לעיתים מערכות משתמשות בנוזל דמוי שמן תעשייתי כאמצעי ישיר להעברת הכוח.

משאבה ובוכנה הידראולים

דוגמה אחת לשימוש בהידראוליקה, היא המשאבה ההידראולית - זו משאבה שתכליתה להגביר את הלחץ של נוזלים שונים, לרוב שומניים, למטרת העברת והגברת כוח. משאבה כזו משמשת בעיקר בתעשייה להפעלת ציוד הידראולי כגון בוכנות הידראוליות. משאבות המתאימות לשימוש זה הן משאבות בוכנאיות ומשאבות גלגלי שיניים.

בוכנה הידראולית היא התקן המשתמש בלחץ של נוזל על מנת לדחוף גליל שמבצע עבודה מכנית הדורשת כוח רב. משאבת שמן מזרימה שמן בלחץ רב אל הבוכנה. כתוצאה מלחץ השמן, הבוכנה שבגליל נעה קדימה או אחורה. אסור שתהיינה בועות אוויר במערכת, כי אוויר הוא גז הניתן לדחיסה ואילו שמן הוא נוזל שלא נדחס. לפיכך, אם יהיה אוויר במערכת, הבוכנה לא תיפתח במלואה עקב בועות אוויר שנדחסו (בצורה דומה, יש לרוקן את מערכת הבלמים שבמכונית מאוויר).

יש בוכנות המקבלות את אספקת השמן ממשאבה ממונעת ויש בוכנות המקבלות את אספקת השמן שלהן ממשאבה ידנית (מגבה של רכב- ג'ק, לדוגמה).

משאבה ידנית מסתמכת על חוק פסקל שקובע שלחץ הנוזל שווה בכל חלקיקי הנוזל. כוח המופעל על בוכנה קטנה (1) מתורגם לתנועת נוזל בגליל הצר (3), במכל (5), בגליל הרחב (4) ולתנועת הבוכנה הגדולה (2). הבוכנה הקטנה מניעה כמות קטנה של נוזל בעזרת שטח קטן של הבוכנה. כמות הנוזל הזו, מתחלקת על פני שטח גדול יותר בבוכנה הגדולה - שתנוע לאט יותר אך בעוצמה רבה יותר. נוצרת כאן הכפלת כוח, אך לגובה קטן. אם שטח הגליל הקטן הוא A ושטח הגליל הגדול הוא S, אזי מחוק פסקל והגדרת הלחץ נובע ש