審核專家：孟夢

中國科學院物理研究所副研究員

在閑暇或吃飯時，人們總喜歡打開一段視頻作為消遣的樂子，有人看手工藝，有人看搞笑集錦，有人重口味一點，看掏耳朵、擠痘痘，當然還有人看液壓機壓倒一切。

解壓神器 來源丨網絡

液壓機壓鑽石（人造） 來源丨網絡

在視頻中，在液壓機下萬事萬物仿佛都能被輕易的擠壓、爆裂，從柔軟的皮球到堅硬的鑽石，隻是花費的時間不同，液壓機 “淡定”地碾碎着一切。

如果你身邊有液壓機，或者你曾經在視頻中看到過液壓機，那麼你就會發現設備本身并不大，甚至于還很輕便，但是這種“四兩撥千斤”的效果就聚集在小小的儀器中。

是什麼賦予了液壓機力量？

其實，原理并不複雜，咱們依然先從簡單的概念說起。

别看這個原理初中沒聽說過，高中也沒見過，就覺得很複雜。帕斯卡原理其實就出自流體靜力學，在靜止的液體中，由于液體的流動性，任何一點受到外力産生的效果，會瞬間且無損失地傳遞到流體的各點。

其中，在液壓系統中通常會使用油或者水等液體來傳導和放大力的作用，這是出于對物質微觀排列的考慮。

3種微觀粒子的空間排列 來源丨網絡

從圖上可以清晰地看出來，液體和固體的微觀粒子間隙都不大，但是要使室溫中也能随意形變（流動），液體就是最好的狀态了。同時液體分子間作用力很大，分子結合較為緊密，分子間距離始終保持穩定。

在流體靜力學中，宏觀上可認為液體的可壓縮性非常小，基本可以忽略液體受力被壓縮時的體積變化，因此，液體具有幾乎完美的傳導力天賦。

看到這個标題，會不會有人覺得奇怪，明明說的是流體的高端概念，怎麼就變成和力學有關的初中知識了。

這就是初中課本安排的深意啊，很多複雜結構的起源不過就是初中某個你當初不太在意的定義。

言歸正傳，我們将一整個液壓系統拆分，先從杠杆原理入手，分步細緻地講解描述一下它的工作方式和物理原理。

液壓機的杠杆原理 來源 | 作者

首先，我們觀察右半側的圖像，這是一個經典的杠杆結構，其中O為支點，F為動力，向上的F1為阻力，動力臂AO設為L1，阻力臂BO設為L2。

根據杠杆原理可知，動力×動力臂=阻力×阻力臂，即:

F·L1=F1·L2

我們可以清晰的看到，當L1增大時，所需要的F就會變小，這就可以省去一部分力量了。

當然，單純的杠杆原理并不足以解決問題，我們還需要讨論壓強。

液壓機 來源 | 網絡

沒錯，還是這個圖。這次我們觀察圖像的中心部分，左右兩個活塞對水面都有正壓力，故活塞和水面之間都有壓強，我們記為P2和P1。

根據牛頓第三定律，右側活塞對液體的壓力與杠杆阻力F1是相互作用力，相互作用力等大反向，故右側活塞對液體的壓力也記為F1，左側液體對活塞的壓力記為F2。

相互作用力等大反向 來源 | 網絡

此時的圖像所代表的液壓器受力如圖：

液壓機的壓強公式圖 來源 | 作者

在文章的最開始我們說到，帕斯卡原理中力會通過流體無損的傳遞到各點，即左右兩液面所感受到的壓強是一緻的，P2 = P1。

根據壓強公式，壓強=壓力/接觸面積，即

因此，可以比較簡單的推導出最終的結論：

發現沒有，兩個力之間的比例與兩個液體的接觸面積有關。即擴大接觸面積的比例，就可以輕松的用很小的力量産生較大的力。

但是，液壓機真的能如此完美嗎？

那當然也不可能。由于液壓機的基礎原理是杠杆，必然就會出現省力但是費距離的情況，也就是說使用較小的力的時候，需要的位移就會比較大。例如我們在用千斤頂頂起車輛時，手臂下壓的壓力遠小于車輛自身重力，然而手柄一端的距離總長度會遠大于車輛升起的高度。

千斤頂原理（左側為重物，升高緩慢，右側為人施力過程，施力幅度明顯大于重物上升距離） 來源 | 網絡

當然，生活中也有很多反向操作的例子。比如，打針的時候，人的力氣是很大的，但是脆弱的血管并沒有收到很大的沖擊力，這是為什麼呢？

如果手邊有針管的可以感受一下，将灌滿水的針筒的針頭去掉後，手指輕輕堵住出水口，用很大的力去推動活塞，手指也幾乎感覺不到力。

這就是因為接觸面積的比例變了，現在是施力F1的接觸面積大于F2的接觸面積，如果還用剛才設定的符号來表示，應該是

自然F2的力量遠小于F1。

來源 | 作者

生活中類似的應用還有很多，比如使用液力變矩器的汽車AT變速箱；汽車的刹車系統，通過液壓系統将腳踩踏闆的力放大使高速行駛的汽車進行制動等，都一一應用了液壓機的原理。

現在明白了嗎？物理并不複雜，這種“以小博大”的智慧你在生活中一定會用到的！

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