L’idea di base di qualsiasi sistema idraulico è molto semplice: la forza applicata in un punto viene trasmessa in un altro punto utilizzando un fluido incomprimibile. Il fluido è quasi sempre un olio di qualche tipo. La forza è quasi sempre moltiplicata nel processo. L’immagine qui sotto mostra il sistema idraulico più semplice possibile:

Un semplice sistema idraulico costituito da due pistoni e un tubo pieno di olio che li collega. Clicca sulla freccia rossa per vedere l’animazione.

In questo disegno, due pistoni (rosso) si inseriscono in due cilindri di vetro riempiti d’olio (azzurro) e collegati tra loro con un tubo pieno d’olio. Se si applica una forza verso il basso a un pistone (quello sinistro in questo disegno), la forza viene trasmessa al secondo pistone attraverso l’olio nel tubo. Poiché l’olio è incomprimibile, l’efficienza è molto buona almost quasi tutta la forza applicata appare al secondo pistone. La cosa grandiosa dei sistemi idraulici è che il tubo che collega i due cilindri può essere di qualsiasi lunghezza e forma, permettendogli di serpeggiare attraverso ogni sorta di cose che separano i due pistoni. Il tubo può anche forcella, in modo che un cilindro maestro può guidare più di un cilindro schiavo, se lo si desidera.

La cosa bella dei sistemi idraulici è che è molto facile aggiungere la moltiplicazione della forza (o la divisione) al sistema. Se hai letto Come funziona un blocco e un placcaggio o Come funzionano gli ingranaggi, allora sai che la forza commerciale per la distanza è molto comune nei sistemi meccanici. In un sistema idraulico, tutto ciò che fai è modificare le dimensioni di un pistone e cilindro rispetto all’altro, come mostrato qui:

Moltiplicazione idraulica. Il pistone a destra ha una superficie nove volte maggiore del pistone a sinistra. Quando la forza viene applicata al pistone sinistro, si muoverà nove unità per ogni unità che il pistone destro si muove, e la forza viene moltiplicata per nove sul pistone destro. Fare clic sulla freccia rossa per vedere l’animazione.

Per determinare il fattore di moltiplicazione, inizia osservando la dimensione dei pistoni. Supponiamo che il pistone a sinistra abbia un diametro di 2 pollici (raggio di 1 pollice), mentre il pistone a destra ha un diametro di 6 pollici (raggio di 3 pollici). L’area dei due pistoni è Pi * r2. L’area del pistone sinistro è quindi 3.14, mentre l’area del pistone a destra è 28.26. Il pistone a destra è 9 volte più grande del pistone a sinistra. Ciò significa che qualsiasi forza applicata al pistone sinistro apparirà 9 volte maggiore sul pistone destro. Quindi, se si applica una forza verso il basso di 100 libbre al pistone sinistro, una forza verso l’alto di 900 libbre apparirà sulla destra. L’unico problema è che si dovrà premere il pistone sinistro 9 pollici per sollevare il pistone destro 1 pollice.

I freni della tua auto sono un buon esempio di un sistema idraulico a pistone di base. Quando si preme il pedale del freno in auto, si sta spingendo sul pistone nel cilindro maestro del freno. Quattro pistoni slave, uno per ogni ruota, azionano per premere le pastiglie dei freni contro il rotore del freno per fermare l’auto. (In realtà, in quasi tutte le auto sulla strada oggi due cilindri maestri stanno guidando due cilindri schiavi ciascuno. In questo modo se uno dei cilindri maestro ha un problema o molle una perdita, è ancora possibile fermare la macchina.)

Nella maggior parte degli altri sistemi idraulici, i cilindri idraulici e i pistoni sono collegati tramite valvole a una pompa che fornisce olio ad alta pressione. Imparerai a conoscere questi sistemi nelle sezioni seguenti.