W siłowniku pneumatycznym siła teoretyczna wynika z zależności F = p · A, gdzie p to ciśnienie robocze, a A to efektywne pole powierzchni, na które działa ciśnienie.
Kluczowe jest rozróżnienie dwóch kierunków pracy:
- Wysuw: ciśnienie działa na pełne pole tłoka (koło o średnicy tłoka).
- Powrót: po stronie tłoczyska pole jest mniejsze, bo część przekroju "zabiera" tłoczysko. Stosuje się wtedy pole pierścieniowe.
Dla danych: średnica tłoka D = 12 mm, średnica tłoczyska d = 6 mm.
Pole pierścieniowe:
A = (π/4)·(D² − d²)
Obliczamy różnicę kwadratów średnic (w mm²): 12² − 6² = 144 − 36 = 108 mm².
Zatem:
A ≈ (π/4)·108 ≈ 84,8 mm² = 84,8·10−6 m².
Ciśnienie 4 bar przeliczamy na paskale: 4 bar = 4·105 Pa.
Siła powrotu:
F = p·A ≈ 4·105 · 84,8·10−6 ≈ 33,9 N, co po zaokrągleniu daje 34 N.
Dlaczego pozostałe wartości nie pasują? Odpowiedzi typu 45 N, 60 N, 80 N są zbyt duże jak na powrót przy tych średnicach i 4 bar. Takie wyniki często pojawiają się, gdy ktoś:
- przez pomyłkę liczy siłę z pełnego pola tłoka (jak dla wysuwu),
- nie odejmuje pola tłoczyska,
- popełnia błąd jednostek (np. bar ↔ MPa lub mm² ↔ m²).
W zadaniach egzaminacyjnych "orientacyjna" siła oznacza zwykle wartość teoretyczną (bez strat tarcia), a wynik dobiera się do najbliższej odpowiedzi.
