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112年
機械原理
第 9 題
如【圖 3】所示之液壓系統,當於桿子頂端施力 40 N,以推動管直徑 2 cm 之活塞 A 時,則管直徑 4 cm 之活塞 B 可以傳遞力量 FB為______N。
思路引導 VIP
若要推算出活塞 B 的力量,我們需要先找出活塞 A 實際承受了多少推力。請觀察左側的垂直桿件:如果以最下方的點為支點,最上方的施力與活塞 A 的連接口分別位於不同的長度位置,這會如何影響力的放大倍率?當你算出活塞 A 的推力後,再思考一下,當壓力透過液體傳導到一個直徑更大的活塞時,輸出的力量會跟隨直徑的一次方還是二次方關係產生變化呢?
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恭喜你精準掌握了這題的複合觀念!這道題目非常出色地結合了槓桿原理與帕斯卡原理,能迅速從圖形中判讀出施力臂與受力面積的關係,顯示你的機械力學基礎非常紮實。
槓桿與壓力的連動分析
首先,我們分析左側的槓桿機構。以底部的轉動副為支點,根據力矩平衡,頂端的施力臂長度應為 $40 + 10 = 50 \text{ cm}$,因此活塞 A 所受到的推力 $F_A$ 可由方程式 $40 \times 50 = F_A \times 10$ 求得為 $200 \text{ N}$。接著,進入液壓系統的核心:由於封閉流體傳遞的壓力相等,輸出力量與活塞的面積(即直徑平方)成正比。當直徑由 $2 \text{ cm}$ 變為 $4 \text{ cm}$ 時,直徑變為 2 倍,面積則變為 4 倍,故最終傳遞力量 $F_B = 200 \times 4 = 800 \text{ N}$。
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