Cecair tidak boleh dimampatkan banyak, dan sebarang tekanan yang dikenakan pada cecair terkurung dipindahkan tanpa berkurang ke setiap bahagiannya. Inilah Prinsip Pascal.
Jek hidraulik mempunyai dua silinder bersambung yang berlainan saiz dan diisi minyak. Anda menolak omboh kecil dengan daya sederhana, yang menghasilkan tekanan dalam minyak. Tekanan yang sama itu bertindak pada luas omboh besar yang jauh lebih besar. Oleh sebab daya ialah tekanan didarab luas, omboh yang lebih besar merasai daya yang jauh lebih besar, cukup untuk mengangkat kereta, sementara anda hanya membekalkan usaha kecil dalam banyak lejang.
Timbal balasnya ialah jarak: omboh kecil mesti bergerak jauh untuk menaikkan omboh besar sedikit, jadi tiada tenaga dicipta, hanya daya digandakan. Idea yang sama menggerakkan brek hidraulik dan lengan jengkaut.
Dalam SPM, anda patut menerapkan Prinsip Pascal dan hubungan antara daya, tekanan dan luas.
Salah faham biasa
- Jek hidraulik mencipta tenaga tambahan untuk mengangkat kereta -> Ia menggandakan daya, bukan tenaga; omboh kecil bergerak jauh lebih jauh, jadi kerja terpelihara.
- Minyak boleh digantikan dengan udara tanpa perbezaan -> Gas mudah dimampatkan dan akan menyerap usaha; cecair memindahkan tekanan sepenuhnya.
- Omboh besar menolak lebih kuat kerana minyak lebih pekat di situ -> Tekanan sama di mana-mana; daya lebih besar datang daripada luas yang lebih besar.
Fizik di sebaliknya
Jek hidraulik berfungsi berdasarkan prinsip Pascal, yang menyatakan bahawa tekanan yang dikenakan pada bendalir tertutup dipindahkan sama rata ke semua arah di seluruh bendalir itu. Tekanan ialah daya per unit luas, P = F/A, diukur dalam pascal (Pa), dengan 1 Pa = 1 N m⁻².
Jek mempunyai dua omboh berlainan luas yang disambung oleh minyak, dan kerana tekanan sama di mana-mana dalam minyak, daya kecil pada omboh kecil menghasilkan daya besar pada omboh besar: F₁/A₁ = F₂/A₂.
Andaikan omboh kecil mempunyai luas A₁ = 2 cm² = 2 × 10⁻⁴ m² dan anda menolak dengan F₁ = 100 N. Tekanan yang terhasil ialah P = F₁/A₁ = 100 N ÷ 2 × 10⁻⁴ m² = 5 × 10⁵ Pa. Jika omboh besar mempunyai luas A₂ = 100 cm² = 1 × 10⁻² m², daya yang dihasilkannya ialah F₂ = P × A₂ = 5 × 10⁵ Pa × 1 × 10⁻² m² = 5000 N.
Tolakan 100 N mengangkat beban 5000 N, kerana omboh besar mempunyai luas lima puluh kali ganda omboh kecil.
Lihat dalam kehidupan harian
Prinsip yang sama berfungsi setiap kali mekanik menaikkan kereta di bengkel. Beberapa tekanan mantap pada tuas yang langsing, yang menggerakkan omboh sempit, mengangkat beban yang jauh lebih berat daripada yang boleh diangkat sesiapa dengan tangan.
Anda mendapat daya, tetapi bukan tenaga secara percuma: omboh kecil mesti bergerak jauh untuk menaikkan omboh besar sedikit, jadi kerja yang anda masukkan sama dengan kerja yang anda dapat, ditolak geseran.
Brek kaki kereta juga menggunakan hidraulik. Tekanan lembut pada pedal brek dipindahkan melalui bendalir brek ke omboh yang jauh lebih besar pada setiap roda, menekan pad pada cakera dengan daya yang besar.
Kerusi tukang gunting dan katil pengangkut lori yang boleh dijungkitkan naik dengan cara yang sama.
Dalam setiap kes, cecair tak boleh mampat, biasanya minyak, membawa tekanan itu, kerana cecair hampir tidak berubah isi padu apabila dimampatkan, tidak seperti gas, yang hanya akan termampat dan membazir usaha.
Bagaimana ia muncul dalam SPM
Dalam Kertas 2 ini diperiksa menggunakan kata perintah seperti Nyatakan, Terangkan dan Hitung, dalam bab tekanan. Anda kerap diminta menyatakan prinsip Pascal dengan tepat, kemudian menerangkan bagaimana sistem hidraulik menggandakan daya, dengan merujuk kepada tekanan sama yang dipindahkan melalui bendalir.
Pengiraan biasanya memberi anda dua luas omboh dan satu daya lalu meminta daya yang satu lagi menggunakan F₁/A₁ = F₂/A₂, jadi tukarkan luas kepada meter persegi dan daya kepada newton, dan pastikan tekanan konsisten. Susulan yang kerap ialah menanya mengapa cecair mesti tak boleh mampat, atau mengapa gas tidak berfungsi sebaik itu.
Topik ini terletak di sebelah tekanan dalam cecair, tekanan atmosfera dan hukum gas, jadi bersedialah untuk mentakrifkan tekanan sebagai P = F/A dengan unit pascal. Perhatikan soalan yang juga menguji keabadian tenaga, meminta anda membandingkan jarak yang digerakkan oleh kedua-dua omboh dan mengesahkan bahawa kerja masukan sama dengan kerja keluaran apabila geseran diabaikan.
Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)