關鍵概念
物理
工程學
簡單機械
力
壓力
引言
即使是最強壯的人也無法將卡車抬到空中。然而，我們的大腦足夠聰明，可以創造出一種工具，可以為我們 lifting 重物：液壓升降機！您可以在汽車修理店、輪椅升降機，甚至摩天大樓的建築工地找到它們。它們使用水（或其他液體）來增加可用的 lifting 力。您將在此活動中建造一個！試一試，發現用水的力量 lifting 是多麼容易。
背景
如果您曾經使用過獨輪車，您就會知道它可以幫助 lifting 重物：lifting 獨輪車的把手比 lifting 物體本身更容易。液壓升降機完成相同的任務。它使您可以用更少的力氣移動重物。
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“液壓”指的是透過移動液體（如水或油）來操作的工具。您無法壓縮液體（除非您有特殊裝置）。這意味著無論您多麼用力地按壓液體，您都無法明顯改變其體積。試試看！用裝滿水的口服藥用注射器，用手指封閉其開口端，並嘗試將柱塞壓入。您會發現您無法做到。即使您可以在柱塞上放一頭大象，它也不會壓縮注射器中的流體。那麼您將如何利用這種水力呢？
在移動物體的努力中，不僅要考慮施加的力，還要考慮力 spread 的整個區域。想想您玩橡皮泥的時候。用手指 pushing 進入麵糰很容易，但用手掌 pushing 進入麵糰則更難——您可能會感到更大的阻力。因為您的手具有更大的表面積，所以您的力 spread 在更大的區域上，並且麵糰每平方英寸受到的力不如單指 pushing 那樣多。現在反過來考慮這個問題：有時您希望每平方英寸的力更小，例如當您嘗試 lifting 某些東西時。有沒有一種方法可以將物體放在更大的表面上，以便在您嘗試 lifting 它時產生更小的壓力？嘗試此活動找出答案！
材料
兩個不鏽鋼牆板，尺寸至少為 4.5 x 2.75 英寸。（這些在五金店有售。）
兩個小型口服藥用注射器（這些通常以公制單位給出——25 毫升或 25CC 效果很好。）（在藥房有售。）
大型口服藥用或灌洗注射器（大約 60 毫升或 60CC 的注射器效果很好；帶導管尖端的注射器最容易使用）。（在藥房有售。）
超強牆面安裝雙面膠帶
四英尺長的矽膠燃料管，內徑為 5/32 英寸。（這在愛好商店、五金店和網上有售。）
剪刀
五金虎鉗
可以將虎鉗固定在其上的堅固表面
裝滿水的罐子（蓋子緊閉）和/或可以放在牆板上的其他重物
一大碗水
尺子
紙和筆或鉛筆
成人助手
可能會弄髒的工作區
管道工膩子（可選）（在五金店有售）
秤（可選）
其他尺寸的帶導管尖端的注射器（可選）
準備工作
將一個小注射器放在一邊。這個注射器將是“引導”注射器；您將使用它來使升降機移動。另外兩個注射器（一個小注射器和一個大注射器）將 holding 需要 lifting 的重量。這些將是“輔助”注射器。
使用超強雙面膠帶將一個牆板的中心粘到兩個輔助注射器上活塞的平頂上。
小心地將管子剪成兩段，每段約 2 英尺長。
對於每個輔助注射器（帶有板的注射器），將一根塑膠管連線到其尖端。
將每個輔助注射器的柱塞一直向下推，使其完全壓入筒中。
一次一個，將每根管子的自由端放入水中，並平穩地向上拉柱塞，直到它們儘可能高，而不會從注射器中掉出來。注射器將吸水。
握住每個注射器（一次一個），使其尖端指向上方。透過緩慢地 pushing 柱塞直到所有空氣都被 push 出管子，從而去除注射器尖端附近的 air bubble。
將小注射器的管子末端放回水中，並吸入更多的水。
管子或輔助注射器中應幾乎沒有 air left。小注射器應裝滿，大注射器可以半滿。
將虎鉗固定到堅固的表面上。
步驟
將引導注射器的尖端插入連線到小型輔助注射器的管子的自由端。Push 這個輔助注射器的柱塞。引導注射器會發生什麼？為什麼會發生這種情況？您需要 hard push 才能使水從一個注射器轉移到另一個注射器嗎？（如果管子彈出，請重新裝滿水管和輔助注射器，然後將管子重新連線到引導注射器。如果需要，用管道工膩子密封連線處。）
引導注射器現在應該裝滿液體。
使用虎鉗小心地垂直 holding 輔助注射器，使板水平並朝上。注意不要擠壓注射器的筒，因為這會阻礙柱塞的運動。
將罐子裝滿水，並將其放置在虎鉗中連線到輔助注射器的平臺正中心。您認為透過 pushing 引導注射器可以輕鬆 lifting 這個重量嗎？
試一試。輕輕地 push，以免罐子掉下來。您可能需要一個助手 gently holding 結構 upright。您的預測正確嗎？
從平臺上取下罐子，push 輔助注射器的柱塞向下，直到引導注射器裝滿液體，然後將罐子（或其他重物）放在平臺上並再次 lifting 它。使用尺子測量您的負載（裝水的罐子）移動的高度。（您可能需要一個助手來完成此步驟。）寫下這個距離。
您剛剛測試了一個輔助注射器和引導注射器尺寸相等的裝置。將輔助注射器（holding 重物的注射器）切換到比引導注射器更大的注射器。您認為使用這種裝置 lifting 罐子會更容易還是更難？您認為罐子會向上移動更多、更少還是大致相同？您為什麼這麼認為？
使用更大的輔助注射器重複步驟以找出答案！（請注意，您不必完全 push 輔助注射器即可裝滿引導注射器。）
使用尺子測量平臺移動的高度，並寫下該距離。
比較您為每個裝置所做的測量。您認為它們為什麼不同？
哪個裝置使移動罐子更容易？您認為這是為什麼？您會選擇哪種裝置來 lifting 重型卡車——為什麼？
額外內容：嘗試 lifting 越來越重的物體，直到您幾乎無法 lifting 它們。記住將物體 centered 放在板上（如果重物 placed 偏離中心，膠帶可能會鬆動，您的物體可能會掉落）。為每種配置嘗試此操作，如果您有秤 available，請稱量您可以使用每種注射器組合 lifting 的不同重量。哪種組合能夠 lifting 更大的重量？您認為這是為什麼？
額外內容：測量小型和大型輔助注射器筒的半徑。您可以使用這些數字來找到當您從小型注射器移動到大型注射器時，您可以 lifting 的重量增加的倍數嗎？
額外內容：嘗試其他注射器尺寸的組合。您可以在您的發現中看到規律嗎？
額外內容：為玩具製作液壓操作的輪椅升降機、牙科診所椅子或汽車升降機。
觀察和結果
您可能會發現使用大型輔助注射器 lifting 罐子更容易。在該組合中，罐子也可能移動了更短的距離。
當您 push 一個柱塞時，封閉系統內的液體會以相等的壓力 pressing 在另一個柱塞上。由於壓力是透過在一定面積上施加力產生的，因此在小面積上的 small push 會產生與在大面積上的 much larger push 相同的壓力。這就是液壓升降機可以倍增力的原因：您 push 小柱塞，產生的壓力透過液體移動到 much larger 柱塞，並且 larger 柱塞上的負載感覺到的 push 比您最初的 push 大得多。因此，使用大型輔助注射器比小型輔助注射器更容易，並且如果您嘗試過，您可以使用大型輔助注射器移動更多的重量。
您是否看到液體在此過程中是如何從一列轉移到另一列的？由於液體的體積沒有變化，因此 larger 柱塞的移動量不如小型柱塞。但這就是能夠 lifting 重物的權衡！
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