Урок 2. Сполучені посудини. Манометри (17.03.2020)

Чому з крана біжить вода, коли ми його відкриваємо?

Чому виливається вода з носика чайника, якщо його нахилити?

А як «працює» артезіанський колодязь?

Напевне, дехто з вас уже знає, що всі ці пристрої є сполученими посудинами. Саме про сполучені посудини, їхні властивості та застосування йтиметься на цьому уроці.

1. Сполучені посудини

Сполучені посудини — це посудини, з'єднані між собою в нижній частині так, що між ними може перетікати рідина.

Найпростіші сполучені посудини — це дві з'єднані між собою трубки. Якщо в одну із трубок наливати воду, то вода перетікатиме в другу. Коли рух води припиниться, вода в обох трубках установиться на одному рівні.

 Властивість сполучених посудин:У відкритих сполучених посудинах вільні поверхні однорідної нерухомої рідини встановлюються на одному рівні.

Що відбуватиметься в сполучених посудинах якщо рідини в колінах будуть різними?

В праве і ліве коліна сполучених посудин наливаєм рідини з різними густинами, наприклад олію і воду, результат буде інакшим (рівень олії – вищий, води – нижчий).

На рівні СD тиск рідин у посудинах однаковий:

Властивість сполучених посудин:

У відкритих сполучених посудинах стовпчик нерухомої рідини з меншою густиною буде вищим, ніж стовпчик нерухомої рідини з більшою густиною.

Відношення висот стовпчиків рідин обернено пропорційне до відношення їхніх густин:

2. Використання сполучених посудин

Принцип сполучених посудин широко використовується при створенні різних технічних пристроїв.

За законами сполучених посудин працюють артезіанські колодязі або свердловини.

Розгалуженою системою сполучених посудин є водонапірна мережа.

   

 

Шлюз - це гідротехнічна споруда для переведення суден на річці або каналі з одного рівня на інший.

Щоб не потрапляли неприємні запахи із каналізації до будинку використовують сифон.

3. Манометри

Манометр — це прилад для вимірювання тиску рідин і газів.

Розрізняють рідинний та металевий манометри.

 

Розглянемо принцип роботи рідинного манометра.

Надінемо гумову грушу і злегка натиснемо на неї. Висота стовпчика рідини в правому коліні зменшиться, а в лівому збільшиться.

На рівні AB тиск у рідині однаковий. 

На практиці широко застосовують металеві деформаційні манометри.

Конструкція: трубку 1 за допомогою передавального механізму 2 з'єднано зі стрілкою 3. Тиск визначають за шкалою 4.

Якщо тиск газу всередині трубки більший від атмосферного, то гнучка трубка розпрямляється і її рух передається до стрілки 3, що рухається вздовж шкали 4 приладу.

4. Гідравлічний прес

Як ви вже добре знаєте, тиск, створюваний на поверхню нерухомої рідини, передається рідиною однаково в усіх напрямках (закон Паскаля).

Гідравлічний прес — це найпростіша гідравлічна машина, яка використовується для створення великих сил стиснення.

Гідравлічний прес складається з двох сполучених циліндрів різного діаметра, які заповнені робочою рідиною (частіше машинним мастилом) і закриті рухомими поршнями.

Сила, що діє з боку рідини на великий поршень, є більшою від сили, що діє на малий поршень, у стільки разів, у скільки разів площа великого поршня більша від площі малого:

Розв’язування задач

1. У правому коліні заповнених водою сполучених посудин над водою знаходиться шар олії висотою 15 см. В якому з колін рівень рідини вище? На скільки?

2. У рідинному манометрі міститься ртуть. Праве коліно манометра відкрите в атмосферу. Який тиск у балоні, якщо атмосферний тиск дорівнює 100 кПа?

3. Якщо на менший поршень гідравлічного преса діє сила 90 Н, то на більший поршень площею 2700 см² передається сила тиску 36 кН. Яка площа меншого поршня? (виконайте самостійно)

Ви повинні знати 

1. Наведіть приклади сполучених посудин.

2. Сформулюйте основну властивість сполучених посудин.

3. Як поводяться рідини різної густини, налиті в сполучені посудини?

4. Що таке манометр?

5. Як працює відкритий рідинний манометр?

6. Що таке гідравлічний прес і де його застосовують?

7. Сформулюйте умову рівноваги поршнів гідравлічної машини.

Домашнє завдання

Опрацювати матеріал уроку. Виконати задачі.

1. В U-подібну трубку налили ртуть. У ліву трубку долили 20 см гасу. Скільки води необхідно долити в праву трубку, щоб поверхні ртуті в трубках були на одному рівні?

2. На менший поршень гідравлічної машини площею 2 см² діє сила 50 Н. Яку силу тиску буде створювати більший поршень, площа якого 100 см²?