Фізика. 7 клас. Шут

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 34. Насоси. Манометри

Насоси — гідравлічні машини і пристрої для переміщення рідин або газів під напором або звичайним тиском.

Насоси. Існуванням атмосферного тиску пояснюється дія водяних всмоктувальних насосів (рис. 182, а, б). Найпростіші всмоктувальні насоси були відомі ще за часів Аристотеля.

Всмоктувальний насос (рис. 182, а) складається з циліндра 1, всередині якого вгору і вниз рухається поршень 2, що щільно прилягає до стінок. У поршні та у нижній частині циліндра встановлені випускний клапан 3 та впускний клапан 4, які відкриваються лише вгору. Циліндр сполучається підвідною трубою з резервуаром води. Коли поршень рухається вгору, випускний клапан 3 залишається закритим, в той час як вода під дією атмосферного тиску входить у підвідну трубу насоса, піднімає впускний клапан 4 і рухається за поршнем. При русі поршня вниз вода, яка знаходиться під поршнем, тисне на клапан 4 і він закривається. Одночасно під тиском води відкривається клапан 3 у поршні і вода переходить у простір над поршнем. Коли ж поршень знову піднімається вгору, разом з ним піднімається і вода, яка над ним знаходиться. Ця вода виливається у відвідну трубу. Одночасно за поршнем піднімається нова порція води, яка при його русі вниз знову перейде у простір над поршнем, а при його русі вгору виливатиметься через відвідну трубу, і т.д.

Всмоктувальний насос використовується для подання води з водоймищ, колодязів, свердловин (рис. 182, б).

Рис. 182. Всмоктувальний насос: а) схема будови всмоктувального насоса; б) ручний свердловинний всмоктувальний насос

Рис. 183. Нагнітальний насос

Нагнітальний насос (рис. 183) винайшов філософ Ктезібій Олександрійський (І ст. н. е.). Він відрізняється від усмоктувального насоса тільки тим, що його поршень 1 не має отвору, а випускний клапан 2 знаходиться внизу циліндра, поблизу впускного клапана 3. Зрозуміло, що клапан 3 має відкриватися назовні. Ктезібій також досліджував дію насосів, але він не зумів правильно пояснити, чому вони діють саме так. Нагнітальні насоси встановлюються у системах водопостачання, оскільки за їх допомогою можна підвищити тиск води.

2. Манометри. Дуже часто необхідно вимірювати тиски, які є меншими або більшими за атмосферний (наприклад, тиск газу, стиснутого в балоні). Для таких вимірювань використовують манометри. Розрізняють манометри рідинні та металеві.

Рідинний манометр. Загальний вигляд найпростішого рідинного манометра показано на рисунку 184.

Основною частиною рідинного манометра є U-подібна скляна трубка, яку заповнюють рідиною, і шкала для вимірювання висоти рівня рідини в кожному коліні трубки. Вони змонтовані на дерев'яному або металевому корпусі з підставкою. В обох колінах рідина встановлюється на одному рівні, оскільки на її поверхню діє лише атмосферний тиск.

Стан рівноваги рідини в манометрі встановиться тоді, коли надлишковий тиск стиснутого повітря врівноважиться гідростатичним тиском стовпа рідини, на якій вона піднялася. Отже, зміну тиску можна оцінити за висотою надлишкового стовпа рідини.

Манометр — від грецьких слів manos — нещільний газ або пар, metreo — вимірюю)

Рис. 184. Найпростіший рідинний манометр

Приклад. Якщо манометр водяний і висота h = 20 см, то тиск, який виміряно манометром, дорівнюватиме:

Зрозуміло, що достатньо виміряти на манометрі висоту стовпа рідини у правому коліні, щоб дізнатися, який тиск виміряно манометром:

Р = pgh,

Водяний манометр належить до найпростіших та найчутливіших манометрів. Манометри можна заповнювати і ртуттю, але вони менш чутливі, оскільки густина ртуті у 13,6 рази більша за густину води.

Металевий манометр. У техніці часто використовують металеві манометри (рис. 185, а, б). Основною частиною такого манометра є зігнута у коло металева трубка 1 (рис. 185, б), один кінець якої закрито. Другий кінець трубки 4 сполучається з посудиною, у якій треба виміряти тиск. Зі збільшенням тиску трубка розгинається і рух її закритого кінця за допомогою важеля 5 та зубчастих коліс 3 передається стрілці 2, яка переміщується вздовж шкали приладу. Коли тиск зменшується, трубка внаслідок своєї пружності повертається у попередній стан, а стрілка знову встановлюється на відповідній поділці шкали.

3. Манометри для вимірювання артеріального тиску. Манометри для вимірювання артеріального тиску людини називають тонометрами або сфігмоманометрами. Цими приладами вимірюють тиски від 20 до 300 мм рт. ст. На рисунку 186 показано один із таких манометрів.

Рис. 185. Металевий манометр: а) схема будови манометра; б) технічний манометр для вимірювання великих тисків

Рис. 186. Манометр для вимірювання артеріального тиску

Від теорії до практики

Урахування зміни атмосферного тиску з висотою і вплив цих змін на стан людини є обов’язковим при проектуванні і побудові хмарочосів.

Подумайте і дайте відповідь

  • 1. Які пристрої називаються насосами?
  • 2. Опишіть дію всмоктувального насосу. Для чого він використовується?
  • 3. Чому у системах водопостачання встановлюються нагнітальні насоси?
  • 4. Які прилади використовуються для вимірювання тисків, більших або менших від атмосферного?
  • 5. Яка будова і принцип дії рідинного манометра? металевого манометра?

Розв’яжіть задачі та оцініть результати

Вправа 34.

  • 1. Рідинні манометри сполучені з посудинами (рис. 187). Визначте тиск у кожній з посудин, якщо рідиною в манометрах є вода. Атмосферний тиск становить 760 мм рт. ст.

Рис. 187. Рідинні манометри, сполучені з посудинами

  • 2. Визначте тиск у посудинах (див. попередню задачу), якщо рідиною в манометрах є ртуть.
  • 3. Чому дорівнює ціна поділки шкали манометра, зображеного на рисунку 188? Який тиск він показує? Якими будуть покази цього манометра, якщо його сполучити з балоном, тиск газу в якому дорівнює атмосферному?

Рис. 188. Шкала манометра та його покази



Підтримати сайт і наші Збройні Сили можна за посиланням на Buy Me a Coffee.