关键概念
物理
工程学
简单机械
力
压力
引言
即使是最强壮的人也无法将卡车抬到空中。然而，我们的大脑足够聪明，可以创造出一种工具，可以为我们 lifting 重物：液压升降机！您可以在汽车修理店、轮椅升降机，甚至摩天大楼的建筑工地找到它们。它们使用水（或其他液体）来增加可用的 lifting 力。您将在此活动中建造一个！试一试，发现用水的力量 lifting 是多么容易。
背景
如果您曾经使用过独轮车，您就会知道它可以帮助 lifting 重物：lifting 独轮车的把手比 lifting 物体本身更容易。液压升降机完成相同的任务。它使您可以用更少的力气移动重物。
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“液压”指的是通过移动液体（如水或油）来操作的工具。您无法压缩液体（除非您有特殊设备）。这意味着无论您多么用力地按压液体，您都无法明显改变其体积。试试看！用装满水的口服药用注射器，用手指封闭其开口端，并尝试将柱塞压入。您会发现您无法做到。即使您可以在柱塞上放一头大象，它也不会压缩注射器中的流体。那么您将如何利用这种水力呢？
在移动物体的努力中，不仅要考虑施加的力，还要考虑力 spread 的整个区域。想想您玩橡皮泥的时候。用手指 pushing 进入面团很容易，但用手掌 pushing 进入面团则更难——您可能会感到更大的阻力。因为您的手具有更大的表面积，所以您的力 spread 在更大的区域上，并且面团每平方英寸受到的力不如单指 pushing 那样多。现在反过来考虑这个问题：有时您希望每平方英寸的力更小，例如当您尝试 lifting 某些东西时。有没有一种方法可以将物体放在更大的表面上，以便在您尝试 lifting 它时产生更小的压力？尝试此活动找出答案！
材料
两个不锈钢墙板，尺寸至少为 4.5 x 2.75 英寸。（这些在五金店有售。）
两个小型口服药用注射器（这些通常以公制单位给出——25 毫升或 25CC 效果很好。）（在药房有售。）
大型口服药用或灌洗注射器（大约 60 毫升或 60CC 的注射器效果很好；带导管尖端的注射器最容易使用）。（在药房有售。）
超强墙面安装双面胶带
四英尺长的硅胶燃料管，内径为 5/32 英寸。（这在爱好商店、五金店和网上有售。）
剪刀
五金虎钳
可以将虎钳固定在其上的坚固表面
装满水的罐子（盖子紧闭）和/或可以放在墙板上的其他重物
一大碗水
尺子
纸和笔或铅笔
成人助手
可能会弄脏的工作区
管道工腻子（可选）（在五金店有售）
秤（可选）
其他尺寸的带导管尖端的注射器（可选）
准备工作
将一个小注射器放在一边。这个注射器将是“引导”注射器；您将使用它来使升降机移动。另外两个注射器（一个小注射器和一个大注射器）将 holding 需要 lifting 的重量。这些将是“辅助”注射器。
使用超强双面胶带将一个墙板的中心粘到两个辅助注射器上活塞的平顶上。
小心地将管子剪成两段，每段约 2 英尺长。
对于每个辅助注射器（带有板的注射器），将一根塑料管连接到其尖端。
将每个辅助注射器的柱塞一直向下推，使其完全压入筒中。
一次一个，将每根管子的自由端放入水中，并平稳地向上拉柱塞，直到它们尽可能高，而不会从注射器中掉出来。注射器将吸水。
握住每个注射器（一次一个），使其尖端指向上方。通过缓慢地 pushing 柱塞直到所有空气都被 push 出管子，从而去除注射器尖端附近的 air bubble。
将小注射器的管子末端放回水中，并吸入更多的水。
管子或辅助注射器中应几乎没有 air left。小注射器应装满，大注射器可以半满。
将虎钳固定到坚固的表面上。
步骤
将引导注射器的尖端插入连接到小型辅助注射器的管子的自由端。Push 这个辅助注射器的柱塞。引导注射器会发生什么？为什么会发生这种情况？您需要 hard push 才能使水从一个注射器转移到另一个注射器吗？（如果管子弹出，请重新装满水管和辅助注射器，然后将管子重新连接到引导注射器。如果需要，用管道工腻子密封连接处。）
引导注射器现在应该装满液体。
使用虎钳小心地垂直 holding 辅助注射器，使板水平并朝上。注意不要挤压注射器的筒，因为这会阻碍柱塞的运动。
将罐子装满水，并将其放置在虎钳中连接到辅助注射器的平台正中心。您认为通过 pushing 引导注射器可以轻松 lifting 这个重量吗？
试一试。轻轻地 push，以免罐子掉下来。您可能需要一个助手 gently holding 结构 upright。您的预测正确吗？
从平台上取下罐子，push 辅助注射器的柱塞向下，直到引导注射器装满液体，然后将罐子（或其他重物）放在平台上并再次 lifting 它。使用尺子测量您的负载（装水的罐子）移动的高度。（您可能需要一个助手来完成此步骤。）写下这个距离。
您刚刚测试了一个辅助注射器和引导注射器尺寸相等的装置。将辅助注射器（holding 重物的注射器）切换到比引导注射器更大的注射器。您认为使用这种装置 lifting 罐子会更容易还是更难？您认为罐子会向上移动更多、更少还是大致相同？您为什么这么认为？
使用更大的辅助注射器重复步骤以找出答案！（请注意，您不必完全 push 辅助注射器即可装满引导注射器。）
使用尺子测量平台移动的高度，并写下该距离。
比较您为每个装置所做的测量。您认为它们为什么不同？
哪个装置使移动罐子更容易？您认为这是为什么？您会选择哪种装置来 lifting 重型卡车——为什么？
额外内容：尝试 lifting 越来越重的物体，直到您几乎无法 lifting 它们。记住将物体 centered 放在板上（如果重物 placed 偏离中心，胶带可能会松动，您的物体可能会掉落）。为每种配置尝试此操作，如果您有秤 available，请称量您可以使用每种注射器组合 lifting 的不同重量。哪种组合能够 lifting 更大的重量？您认为这是为什么？
额外内容：测量小型和大型辅助注射器筒的半径。您可以使用这些数字来找到当您从小型注射器移动到大型注射器时，您可以 lifting 的重量增加的倍数吗？
额外内容：尝试其他注射器尺寸的组合。您可以在您的发现中看到规律吗？
额外内容：为玩具制作液压操作的轮椅升降机、牙科诊所椅子或汽车升降机。
观察和结果
您可能会发现使用大型辅助注射器 lifting 罐子更容易。在该组合中，罐子也可能移动了更短的距离。
当您 push 一个柱塞时，封闭系统内的液体会以相等的压力 pressing 在另一个柱塞上。由于压力是通过在一定面积上施加力产生的，因此在小面积上的 small push 会产生与在大面积上的 much larger push 相同的压力。这就是液压升降机可以倍增力的原因：您 push 小柱塞，产生的压力通过液体移动到 much larger 柱塞，并且 larger 柱塞上的负载感觉到的 push 比您最初的 push 大得多。因此，使用大型辅助注射器比小型辅助注射器更容易，并且如果您尝试过，您可以使用大型辅助注射器移动更多的重量。
您是否看到液体在此过程中是如何从一列转移到另一列的？由于液体的体积没有变化，因此 larger 柱塞的移动量不如小型柱塞。但这就是能够 lifting 重物的权衡！
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