Vid första anblicken, inget samband alls... Men titta på vetenskapen bakom dem och du kommer att nå en överraskande slutsats: vattenpistoler och kranar använder kraften för att flytta vätskor på ett mycket liknande sätt. Denna teknik kallas hydraulik och den används för att allt från bilars bromsar och sopbilarnas hoppressning av avfall till styrning av fartyg och domkrafter. Låt oss ta en närmare titt på hur det fungerar!
Du kan inte pressa ihop en vätska
Gaser är lätt att komprimera: alla vet hur lätt det är att krama ihop en ballong. Fasta ämnen är precis raka motsatsen. Om du någonsin försökt klämma ett block av metall eller en klump av trä, med bara dina, fingrar vet du att det är ganska omöjligt.
Men vätskor? - Hur är det med dem? Du vet säkert att vätskor är ett mellan-tillstånd, lite som fasta på vissa sätt och lite som gaser på andra.
Eftersom vätskor lätt flyter från plats till plats, kanske du tror att de skulle uppföra sig som gaser när man försöker pressa ihop dem. Faktum är vätskor att nästan är inkompressibla som fasta ämnen. Det är t.ex. orsaken till att ett magplask gör ont om du dyker från en trampolin. När din kropp slår ner i poolen, beror det på att vattnet inte kan tränga nedåt (som en madrass eller en studsmatta skulle) eller flytta sig undan tillräckligt snabbt. Det är också därför att hoppa från broar i vattendrag kan vara riktigt farligt. Om du inte dyker korrekt är att hoppa från en bro i vatten nästan som att hoppa på betong.
Det faktum att vätskor inte komprimeras lätt är otroligt användbart. Om du någonsin avfyrat en vattenpistol (eller en diskmedelsflaska fylld med vatten), har du använt denna idé redan. Du har antagligen märkt att det kräver en viss ansträngning för att trycka på avtryckaren på en vattenpistol (eller att krama vatten ur en diskmedelsflaska). När du trycker på avtryckaren (eller ihop flaskan), får du arbeta ganska hårt för att tvinga ut vattnet genom ett smalt munstycke. Du sätter 
Tryck på vattnet och det är därför det sprutar ut på en mycket högre hastighet än du flyttar avtryckaren. Om vatten inte vore inkompressibelt skulle vattenpistoler inte fungera korrekt. Du skulle krama avtryckaren och vattnet inuti skulle bara ta upp ett mindre utrymme, det skulle inte skjuta ut ur munstycket som vi förväntar oss.
Om vattenpistoler kan ändra kraft och hastighet, innebär att de fungerar precis som verktyg och maskiner . Faktum är vetenskapen bakom vattenpistolers egenskaper är densamma som för några av världens största maskiner. - Kranar, tipplastbilar, och grävare bl.a.
Bildtext: Varför sprutar vatten så snabbt från en spruta?
Du kan faktiskt inte komprimera en vätska alls, så om du tvingar vattnet upp genom den breda delen av sprutan genom att trycka hårt på kolven i botten, var ska vattnet ta vägen? Det måste ut genom toppen. Eftersom toppen är mycket smalare än botten, kommer vattnet ut i en snabb stråle. Hydraulik använder denna process i omvänd ordning för lägre hastighet men mer kraft, vilket används för att driva tunga maskiner.
Hydraulik i teorin
Ställ en vattenpistol på högkant och detta är (grovt förenklat) vad som händer inuti:
När du trycker på avtryckaren (visas i rött) använder du en relativt stort kraft som flyttar avtryckaren en kort sträcka. Eftersom vattnet inte går att klämma in ett mindre utrymme, blir det tvingat genom pipan på pistolen till den smala munstycket och sprutar ut med mindre kraft men mer fart.
Antag nu att vi kunde göra en vattenpistol som fungerar i omvänd ordning. Om vi kunde skjuta vätska in i munstycket med hög hastighet, vatten skulle flöda åt motsatt håll och vi skulle skapa en stor uppåtriktad kraft på avtryckaren. Om vi skalar upp vår vattenpistol många gånger, kunde vi generera en tillräckligt stor kraft för att lyfta saker. Det är precis så en hydraulisk vädur eller domkraft arbetar. Om du sprutar vätska genom ett smalt rör i ena änden, kan du få en kolv att stiga långsamt, men med mycket kraft, i andra änden:
Vetenskapen bakom hydraulik kallas
Pascals princip. Den säger egentligen att på grund av att vätskan i röret är inkompressibel måste trycket vara konstant hela vägen, även när du trycker hårt i ena änden eller den andra. Nu är det så att tryck definieras som den kraft som agerar per ytenhet. Så om vi trycker ner med en liten kraft på en liten yta, i den smala änden av röret till vänster, måste det finnas en stor kraft som verkar uppåt på de större område kolven till höger för att hålla trycket lika. Det är så kraften blir förstorad.
Hydraulik i praktiken
Du kan se hydraulik i arbete i den här grävmaskinen. När föraren drar ett handtag, pumpar grävmaskinens motor vätska in i smala rör och slangar (visas i blått), vilket tvingar de hydrauliska cylindrarna (visas i rött) att förlängas. cylindrarna ser lite ut cykelpumpar som jobbar baklänges. Om du låter flera cylindrar arbeta tillsammans, kan du få en grävmaskins arm röra sig ungefär som en människas. - Bara med mycket större kraft. De hydrauliska cylindrarna är helt enkelt grävmaskinens muskler.
Bildtext: Det finns flera olika cylindrar i arbete på denna grävmaskin. Cylindrarna visas med röda pilar och de smala, flexibla hydraulrör och slangar som matar dem i blått.
Varje cylinder arbetar som en dieseldriven vattenpistol fast omvänt:
Motorn pumpar hydraulvätska genom ett av de tunna rören för att flytta de tjockare cylindrarna ut med mycket större kraft, så här:
Bildtext: Hur en hydraulisk cylinder multiplicerar kraft.
Nästa gång du är ute på stan, se hur många hydrauliska maskiner du kan upptäcka. Du kanske blir förvånad hur många lastbilar, kranar, grävmaskiner, dumprar, och schaktmaskiner etc. du ser använda dem.
Här är ett annat exempel; en hydraulisk häck-klippare på baksidan av en traktor.
Skärhuvudet måste vara robust och tungt för att klippa genom häckar och småträd och det finns inget sätt att föraren skulle kunna lyfta eller placera den för hand. Lyckligtvis klarar hydrauliken att göra allt automatiskt: med flera hydrauliska skarvar, lite som en axel, armbåge och handled, rör sig fräsen med flexibilitet som en mänsklig arm.
Bilder från http://www.explainthatstuff.com/
