Главная

Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Приклади застосування законів плавання тіл


 
 

1. Цікаве засто­сування законів плавання можна бачити на будові плавучих доків, де ремонтують судна. Плавучий док являє собою плоско­донне дерев'яне або залізне судно з високими прямими бортами. Усередині стін і дна є водяна і повітряна камери (рис. 151). Щоб судно ввійшло в док, док занурюють на потрібну глибину, наповнюючи камери водою. При викачуванні води з камер док поволі виходить із води, виставляючи корпус судна. Воду з камер дока викачують спеціальними насосами.

2. Серед засобів переправи широко застосовувались понтони. Основна частина понтону називається півпонтоном. Півпонтон являє собою плоскодонний дерев'яний або залізний човен з ви­сокими бортами. З кількох півпонтонів складається понтон.

Середньої величини півпонтони, застосовувані в армії, ма­ють, такі розміри: довжина 3,5 м, ширина задньої поперечної стінки 1,9 м і ширина носової частини 1 м.

Лінія занурення, так звана ватерлінія, лежить на 38 — 40 см від верхнього краю півпонтона.

Середня вага одного півпонтона 440 кг і вантажність — 1800 кг. Нормальна навантага військового півпонтона — 32 бійці при повнім бойовім спорядженні. Щоб зробити понтон, півпон­тони з'єднують по два, по три, по чотири і т. д.

 
 

Півпонтони і понтони пересувають під час переправ вес­лами або спеціальними здійманими двигунами. Понтони застосо­вують для переправи людей, вантажів і т. д. В армії за допомогою понтонів переправляють військо і зброю. З'єднуючи кілька понтонів у ряд, з них утворюють понтонні мости. Крім залізних понтонів, застосовують надувні човни, їх вживають так само, як понтони, для переправи та на тимчасові мости (рис. 152).

3.

 
 

Підводним човном (рис. 153) називається судно, що може плавати на поверхні води, швидко занурюватись у воду, і зану­рене може рухатись на глибині. Підводні човни бувають най­різноманітніших видів: підводні крейсери, підводні заслонники, підводні монітори тощо. Залежно від типу, водообсяг човна у підводному положенні змінюється від 600 до 3000 т. Глибина занурення підводного човна досягає 100 м. Такі човни можуть, не заходячи в порти, пропливати 20 000 км. Підводному човнові надають, зви­чайно, сигаруватої форми, при якій човен, рухаючись під водою, зазнає найменшого опору від води. Корпус судна має бути такий міцний, щоб він міг витримати тиск води на великих глибинах; тому його роблять із спеціальної сталі. Сучасні підводні човни мають дуже велику підводну частину, через це вони не зарива­ються в хвилях і все ж дуже швидко занурюються в воду. Занурюється човен, коли заповнюють водою спеціальні цистерни. Призначення цих цистерн різне: одними регулюють загальну вагу човна і вони називаються вирівняльними, другими зану­рюють човни під воду і називаються вони баластичними, третіми цистернами змінюють рівновагу човна в подовжному напрямі, і називаються вони диферентними. Диферентні цистерни містяться на носі і на кормі. При наповненні цистерн занурюється або носова частина або корма; як кажуть моряки, човен дістає диферент або на ніс, або на корму.

Баластні цистерни мають розмір, який об'ємом дорівнює над­водній частині човна, а тому, коли заповнити їх водою, човен цілком занурюється в воду.

Після того, як човен занурився у воду, горизонтальними стер­нами його нахиляють на ніс і рухом відводять на потрібну глибину. Щоб підводний човен сплив, тими ж таки горизонталь­ними стернами підводять його до поверхні і стисненим повітрям видалюють воду з середньої цистерни, через це човен спливає на поверхню. Після цього відкривають робочий люк, впускаючи зовнішнє повітря в човен. Щоб зовсім підняти човен на поверхню, спеціальними турбокомпресорами випорожняють всі інші ба­ластні цистерни. При аварії, коли під водою в човен заходить багато води, щоб швидко випливти, продувають цистерни стис­неним повітрям, яке зберігається в спеціальних повітросховищах під тиском 175 — 225 атм.

При надводному плаванні на підводнім човні застосовують двигун— дізель. У великих підводних човнах потужність дізеля досягає 3 500 кін. сил. Для підводного плавання дізелі непридатні, бо для їх роботи треба багато повітря, а тому під водою човну надають руху електромоторами постійного струму, які набувають руху від електричного струму акумуляторів. Акумулятор заряджується від динамо, якому надає руху дізель, коли човен зна­ходиться на поверхні води.

Цікавий спосіб зрівноважувати розвантаження човна при згоранні палива. Паливо, завжди рідке, наливається в спеціальні цистерни, звідки його не викачують, а витискують водою, яку накачують у паливну цистерну. Вода, витискуючи паливо, запов­нює його місце і тим поповнює вагу витраченого палива. Так само зрівноважуються водою втрати у вазі човна замість випу­щених мін і снарядів.

Стійкість плавучого тіла

Для плавання суден дуже важлива стійкість положення. На плавуче тіло діють дві сили: його вага, точка прикладання якої є центр ваги тіла, і підіймальна сила, напрямлена вгору і при­кладена до центра ваги води, взятої в об'ємі зануреної частини тіла, до центра тиску; обидві ці сили рівні й супротивні. Від дії цих сил тіло, не може пересуватися вгору і вниз, але може обертатись. Розглянемо, при яких умовах плавуче тіло перебуватиме у стійкій рівновазі. Будемо насипати в порожню пробірку дріб (рис. 154) і занурювати її в посудину з водою. Якщо вага мала, пробірка буде перекидатися, але поволі, насипаючи в пробірку дріб, ми дійдемо такого положення, при якому вона буде в стійкій рівновазі, якщо пробірку трохи вивести з такого положення, то вона знову до нього повертається.

Досліди показують, що стійке положення плавучого тіла буде тоді, коли центр ваги його лежить нижче від центра тиску. Центр тиску, взагалі кажучи, може переміщатися в тілі залежно від положення цього тіла в рідині. У судні, коли воно плаває, центр ваги т лежить вище від центра тиску п (рис. 155), і все ж судно в певних умовах може бути в стійкій рівновазі. Визначимо ці умови. Проведемо лінію ab через центр ваги і центр тиску (рис. 155) судна в його положенні рівноваги, назвемо цю лінію центральною. Припустимо тепер, що хвилі або вітер відхилили судно від рівноваги, і воно стало в положення, показане на рис. 156. Положення центра ваги судна при цьому не зміниться, та зате центр тиску переміститься в точку n', тому, що при нахилі об'єм води, витиснений судном, змінився. На судно в цьому випадку діятиме пара сил: P і F, що намагаються по­вернути його в попереднє положення рівноваги. Так буде доти, аж поки вертикальна лінія, що проходить через центр тиску,перетинатиме центральну лінію ab в точці С, яка лежить вище від центра ваги. Ця точка C називається метацентром судна.

 
 

Уявимо тепер, що судно при якомусь невеликому навантажені стало в таке положення, при якому його метацентр C опинився нижче від центра ваги (рис. 157). У цьому ви­падку рівновага судна буде нестій­ка. І справді, при найменшому відхилі судна від положення рівноваги на нього діє пара сил F і Р, яка ще більше відхилить судно від цього положення, судно переки­неться.

Отже, при стійкому плаванні судна його метацентр лежить вище від центра ваги, а при нестійкому — нижче від центра ваги.

Останнього випадку, звичайно, не може бути на практиці. Стійкість плавання судна буде більша, чим вище міститься його метацентр.

 

Запитання.

1. При яких умовах судно на воді буде в стійкій рівновазі?

2. Що називається метацентром судна ?

3. Як можна збільшити стійкість судна?

XI. ГАЗИ

Загальні властивості газів

Основна властивість газу — велика рухливість частинок і намагання зайняти якомога більший об'єм. Через це гази, як і рідини, коли на них тиснути, передають цей тиск у всі сторони рівномірно.

Гази, як і рідини, підлягають закону Паскаля.

Відмінно від рідин, гази дуже стисливі. Якщо тиснути на поршень циліндра, в якому є повітря, то можна стиснути його до дуже малого об'єму. При цьому, що дужче ми будемо тиснути на газ, то більший буде протитиск газу на стінки циліндра.

Якщо припинити тиснути на поршень, то газ, намагаючись роз­ширитися, виштовхне поршень до початкового положення.Цей протитиск газу називають пружністю.

Пружність газу можна показати на такому досліді. Тонкостінна плоскодонна колба, ємністю на 1 л, щільно закривається гумовою пробкою, яка міцно при­в'язана дротом до шийки склянки. Колба ставиться під ковпак насоса. Коли повітря спід ковпака буде викачане, колба під тиском повітря, що є в ній, розлітається на дрібні кусочки. Якщо ж покласти під ков­пак насоса закриту стиснену футбольну камеру, то при викачуванні повітря камера роздувається до дуже великих розмірів (рис. 158). Отже, повітря наслідком своєї пружності тисне на стінки посудини.

Атмосферний тиск

Повітряна обо­лонка, що є навколо поверхні Землі, і називається атмосферою, досягає 300 — 500 км заввишки. Поверхня Землі — це дно цього океану. Ми живемо на дні величезного повітряного океану.

Наслідком своєї ваги верхні шари повітря тиснуть на нижні, стискають їх, ці — на ще нижчі і т. д. Повітряний шар, що прилягає безпосередньо до землі, стиснений вагою всіх верхніх шарів, і, за законом Паскаля, передаючи цей тиск у всі сторони, тисне на земну поверхню і на всі предмети, що є на ній.

Існування атмосферного тиску можна показати на цілому ряді дослідів.

Поставимо на тарілку повітряного насоса скляний циліндр, зверху затягнений міхуром або папером, і будемо розріджувати в ньому повітря. У міру того, як повітря розріджується, плівка буде прогинатися і лопне під тиском зовнішнього повітря (рис. 159).

Наповнивши склянку водою і прикривши щільно папером, обережно перекинемо склянку, придержуючи папір рукою. Заберемо руку, ми побачимо, що вода із склянки не виливається. Атмосферний тиск, напрямлений знизу вгору, удержує воду в склянці.

Якщо на тарілку повітряного насоса поставити скляний циліндр, закритий зверху дерев'яною пробкою із заглибиною, наповненою ртуттю, то при викачуванні повітря ртуть зовнішнім тиском протискується крізь пори дерева і ллється в циліндр дрібним дощем.

       
   
 

Наллємо в склянку ртуті (рис. 160) і опустимо в неї відкриту з обох країв трубку. За законом сполучених посудин ртуть у трубці і в склянці буде на одному рівні. Якщо поверх ртуті налити в склянку води, то ртуть у трубці підійметься. Вода тисне на ртуть у склянці і заганяє її в трубку, аж поки тиск води в склянці зрівноважиться вагою ртутного стовпа. Тиск води можна виміряти вагою ртутного стовпа в трубці.

Якщо взяти трубку з поршнем (рис. 161), опустити її в посудину з водою, і підіймати поршень, то вода в трубці буде підій­матися.

При підійманні поршня під ним утворився розріджений про­стір, куди під дією атмосферного тиску вода із посудини P поглинулась. Підіймання води в трубці припиниться, коли вага во­дяного стовпа зрівноважить атмосферний тиск. Отже виміривши вагу стовпа рідини, затримуваного атмосферним тиском, ми можемо визначити величину атмосферного тиску. Цей дослід аналогічний досліду з підійманням ртуті під тиском води; скляну трубку і посудину з водою можна розглядати як сполучені посудини, в одному коліні яких — вода, а в другому — повітря. Густина повітря дуже мала. Яка ж величина атмосферного тиску ?

Досліди показують, що гранична висота стовпа води, яка підіймається за поршнем під тиском атмосфери, дорівнює близь­ко 10,33 м.

Отже, атмосферний тиск дорівнює тиску водяного стовпа на 10,33 м заввишки.

Водяний стовп на 10,33 м тисне на площину 1 см2 з силою 1033 г, або 1,033 кг.

Отже, атмосферний тиск дорівнює 1,033 кг/см2.

Підіймання води за поршнем насоса було відоме вже в старо­вину, і ним користувалися, будуючи водяні насоси. Однак, дій­сну причину цього явища з'ясовано лише всередині XVII сто­ліття. 1640 року у Флоренції, будуючи насос, який мав підій­мати воду з глибокого колодязя, інженери несподівано виявили що вода підіймається за поршнем тільки приблизно на 10 м хоча насос був цілком справний. Італійський учений Торічеллі, учень Галілея, перший пояснив підіймання води в насосі атмосферним тиском. Торічеллі запропонував такий дослід: якщо атмосферний тиск удержує стовп води приблизно 10 м заввишки, то для ртуті, що її пи­тома вага в 13,6 раз більша від води, цей стовп має бути мен­ший в 13,6 раз. Такий дослід зробив учень Торічеллі - Вівіані. Взявши скляну трубку, завдовжки близько 1 м, запаяну з одного краю, Вівіані на­повнив її ртуттю і, закривши щільно отвір пальцем, перекинув її в чашку з ртуттю. Коли палець був під ртуттю, ртуть у трубці трохи знизилась, спинив­шися на висоті майже 76 см над поверх­нею ртуті в чашці. Простір у трубці над ртуттю нічим не заповнено, крім невелич­кої кількості ртутної пари (“Торічеллієва пустота”), в цьому не трудно пересвід­читися, досить лише занурити трубку глибше в чашку, або нахилити її (рис. 162), і тоді вона заповнюється ртуттю. Коли трубку нахиляти, ртуть в ній збільшу­ється, а висота за вертикалею ртутного стовпа залишається незмінна. Отже, атмо­сферний тиск можна виміряти висотою вертикального стовпа ртуті, відлічуваного від рівня ртуті у чашечці до рівня в трубці. Що вищий стовп ртуті в трубці, то, очевидно, більша буде його вага, а значить — і більший атмосферний тиск. Через це величину атмосферного тиску визначають сантиметрами або мі­ліметрами ртутного стовпа.

Якщо відома висота ртутного стовпа, удержуваного атмо­сферним тиском, то цей тиск грамами на квадратні сантиметри можна виразити за формулою .

Якщо тиск атмосферного повітря більшає, то ртуть у труб­ці підіймається, коли тиск меншає — вона спадає. Коли підій­матися з приладом Торічеллі на гору, ртуть у трубці має зни­жуватися, твисота повітряного стовпа при цьому зменшується і нижні шари не беруть участі в тискові, це й підтверджується спостереженнями.

Запитання та вправи.

1. Якої приблизно висоти стовп води удержується атмосферним тиском ?

2. В чому полягає дослід Торічеллі?

3. Обчислити силу атмосферного тиску на поверхню тіла людини, що дорів­нює 1,5 м2.

4. Яка була б висота атмосфери, якби густина повітря була однакова і дорівнювала h= 0,0013 г/см3 ? Атмосферний тиск ртутного стовпчика 760 мм.

5. Обчислити, як тиснула б атмосфера, висота якої 300 км, якщо прийняти за густину атмосфери середнє арифметичне. Густина при поверхні землі дорівнюе 0,0013 г/см3 і на висоті 300 км дорівнює 0. Що можна сказати про закон зменшення густини повітря відповідно до висоти на підставі результатів цієї задачі ?

6. Визначити тиск атмосфери на площу стола м2 атмосферному тискові 760 мм.

Перші барометри

Прилади, що ними виміряють ве­личини атмосферного тиску і спостерігають його зміни, називаються барометрами.

Трубка Торічеллі з вертикальною шкалою — най­простіший барометр.

Щоб барометр давав правильні покази, треба, щоб: а) ртуть у барометрі була чиста і цілком вільна від частинок повітря та всяких інших домі­шок ; б) у просторі над ртуттю не було повітря або інших газів; в) барометрична трубка була до­сить широка; г) барометрична трубка і шкала були встановлені точно вертикально. Баро­метр (рис. 163), складається з баро­метричної трубки В, відкритий край якої занурений в посу­дину з ртуттю А. А через те, що рівень ртуті в посудині змінюється залежно від зміни повітряного тиску, то щоб від­лічити на шкалі, треба щоразу приводити шкалу до нуля. Цього досягають двома спо­собами: або шкалу роблять рухомою, або дно чашки ви­готовляють із шкіри чи замші. Таке рухоме дно можна підій­мати й спускати за допомогою гвинта (рис. 164).

Привівши таким способом рівень ртуті до нуля шкали, на ній відлічу­ють величину тиску. Часто можна бачити ртутний барометр іншої будови, так званий сифонний барометр. Він складається з двоколійної трубки (рис. 165), коротке коліно якої відкрите і сполучається з повітрям. Повітря тисне на поверхню ртуті в короткому ко­ліні, і цей тиск виміряється різницею рівнів ртуті в короткому і довгому колінах.

       
   
 

Металічний барометр — (рис. 166 а і б) — анероід — склада­ється з пружної металічної коробки K, з якої викачано повітря. Щоб коробка не сплющилася, покришка її відтягається пружиною Р. Коли тиск збільшується, покришка коробки втискується всере­дину; коли тиск зменшується, вона випрямляється. Рухи стінок коробки особливим механізмом Im передаються стрілці С. Такий барометр заздалегідь треба поградуювати за нормаль­ним ртутним барометром.

Металічний барометр Бурдона складається з тонкостінної металічної зі­гнутої трубки з еліптичним перекроєм (рис. 167). Пові­тря з трубки викачано, і трубка закрита герметично. Коли повітряний тиск змі­нюється, трубка деформується, змінюється віддаль між кінцями А і В. Рух кінців трубки за допомогою важельців C передається вказникові D, кінець якого руха­ється по шкалі. Поділки на баро­метрі Бурдона також наносять за нормальним барометром. Мета­лічні барометри дуже зручні, але з часом їх покази змінюються. Щоб користуватися металічними баро­метрами, треба їх покази час від часу звіряти з показами ртутних баро­метрів.

На рис. 168 показано самописний барометр, так званий барограф. Він складається з кіль­кох пружних коробок, з яких викачано повітря. Зміну форми коробок при коливаннях атмосферного тиску передають важельці особли­вого пера, яке торкається поверхні циліндра, покритого спеці­альним пографованим папером. Циліндрові разом з папером надають обертового руху годинниковим механізмом.

Кінець пера вмочений в чорнило або фарбу. Коли тиск змі­нюється, змінюється й положення пера, через це на папері ли­шається крива, яка показує коливання атмосферного тиску за певний проміжок часу. Через те, що на папері, який покриває циліндр, позначено дні і години, для кожного моменту часу можна визначити величину атмосферного тиску міліметрами ртутного стовпа.

Спостереження над атмосферним тиском показують, що величина його навіть в одному якомусь місці з часом змі­нюється.

Рис. 168
Нормальним атмосферним тиском називають тиск атмосфери, зрівноважений стовпом ртуті при 0°С, заввишки в 76 см, або 760 мм, і рівний 1,033 кг/см2.

Систематичні спостереження над змінами атмосферного тиску мають величезне практичне значення, між зміною величини атмосферного тиску і станом погоди є певний зв'язок. Проте, погода далеко ще не визначається самим тиском, вона залежить також від температури, від напряму вітру, від вологості по­вітря і т.д.. Щоб передбачити погоду, треба брати до уваги всі фактори, які визначають її, тиск повітря — тільки один із таких факторів.

Запитання та вправи.

1. Як збудований ртутний барометр?

2. Який атмосферний тиск вважають за нормальний атмосфер­ний тиск?

3. Яка має бути мінімальна висота барометричної трубки, якщо замість ртуті наповнити її спиртом?

4. Як опуститься спирт у барометрі попередньої задачі, коли атмосферний тиси зменшиться на 2 смртутного стовпчика?

Виміряння висоти барометром

Тиск у см ртутного стовпа Висота в м
1 360
2 150
3 030
4 010
5 200
10 000

Висота підіймання ртуті в баро­метрі залежить від висоти місця спостереження над рівнем моря. Що вище місце спостереження, то менший повітряний стовп над ним, то менший і тиск атмосфери. З підійманням на великі висоти густина повітря помітно зменшується. Зменшення повітряного тиску відпо­відно до висоти залежить одночасно від двох причин: від зміни висоти повітряного стовпа та зміни густини повітря. В нижніх шарах атмосфери зменшення тиску на 1 мм ртутного стовпа відповідає підняттю на висоту 11 м. На висоті близько 4000 м різниця в 1 мм відповідає різниці висот в 20 м. На висоті 100 км тиск повітря становить всього лише 1 мм ртутного стовпа. Щоб визначити висоту пі­діймання, будують спеціальні прилади — альтиметри (висотомітри). Альтиметр — дуже чутливий металічний барометр із шка­лою, на яку нанесено поділки, що вказують висоту підіймання. Альтиметри широко застосовують у повітроплаванні й повітролітанні.

 

 

Запитання та вправи.

1. Від яких причин залежить зменшення повітряного тиску відповідно до висоти ?

2. На горі висота барометра була 670 мм. Визначити, користуючись табли­цею, приблизну висоту гори.

3. На яку висоту треба піднятися, щоб барометр спав на 50 мм?

Закон Бойля - Маріотта

Через те, що гази заповнюють всякий об'єм, який їм надається, одна й та сама маса газів може заповнити посудину і дуже великого об'єму і може бути стиснена до по­рівняно невеликого об'єму.

Припустимо, що під поршнем циліндра (рис. 169) є маса газу. Щоб зменшити об'єм, який займає дана маса газу, треба натиснути на поршень і збільшити тиск, під яким перебуває газ.

Стискуючи газ під поршнем, ми можемо на манометрі, що міститься на стінці циліндра, помітити, що й пружність газу збільшується. Навпаки, підіймаючи поршня, ми зменшуємо тиск, під яким перебуває газ. Мано­метр при розширенні газу показує, що тиск газу на стінки зменшується.

Залежність між тиском газу і його об'ємом дослідили - англійський фізик Бойль 1661 р. і француз Маріотт 1678 р.

Закон Бойля-Маріотта формулюється так: при сталій тем­пературі об'єм даної маси газу змінюється обернено пропорційно до зовнішнього тиску.

Якщо при тискові р певна маса газу займає об'єм V, а при тискові — об'єм V1,то між цими величинами існує така залежність:

або .

 

Якщо при тискові р1 об'єм газу буде V2 то:

Інакше кажучи: при сталій температурі і незмінній масі газу добуток із тиску газу на об'єм, що його займає газ, є величина стала. В дійсності жоден газ не відповідає точно законові Бойля-Маріотта.

Запитання та вправи.

1. В чому полягає закон Бойля - Маріотта?

2. Якими формулами можна виразити залежність між об'ємом газу і його тиском при незмінній температурі?

3. При тискові в 10 Па газ займає об'єм в 10 л. Який буде об'єм цього газу при тискові в 5 Па?

4. Який має бути тиск, щоб 1 л повітря, взятого при тискові в 760 мм, стиснути до об'єму 0,8 л?

5. В газовому балоні ємністю в 10 л є газ під тиском 20 Па. Який об'єм займе цей газ, якщо відкрутити вентиль балона ?

6. Балони Аі Всполучені тонкою трубкою з краном. У балоні А, ємністю в 5 л, є повітря під тиском 15 Па. Балон В, ємністю на 1 л, зовсім порожній. Який тиск установиться в кож­ному з балонів, коли відкру­тити кран? (Об'єму трубки і крана до уваги не брати).

7. У футбольний м'яч, ємністю в 2,5 л, накачують повітря ручним насосом, що забирає при кожному ході 125 см3 повітря при атмо­сфернім тискові. Який буде тиск усередині м'яча, якщо зроблено всього 40 ходів і м'яч перед накачуванням був зовсім порожній?

8.

Рис. 170
Повітряна куля піднялася при тискові в 760 мм у шар повітря, де тиск 500 мм. У скільки разів збільшився об'єм газу, який наповняв кулю?

9. В циліндр парової машини впускають пару під тиском 12 МПа. Коли пор­шень під тиском пари пересунувся на 30 см від початку циліндра, припинили подавати пару. Під тиском пари, що є в циліндрі, поршень пересувається далі до кінця циліндра, де пара виходить у холодильник. При якім тиску пара вві­ходить у холодильник, якщо довжина циліндра 100 см?

10. У пневматичнім накатнику (рис. 170) при відбої гармати стискається повітря. Накатник відходить, при чому поршень 4 переходить у положення 6; олія з камери 5 переходить у камеру 2 і стискує там повітря до об'єму, позна­ченого пунктиром 8. Коли припиниться відбій, стиснене в камері 2 повітря ви­тискує з камери 2 олію. Наслідком цього накатник, а разом і ствол гармати, повертаються в попереднє положення. Обчислити, який був тиск повітря все­редині пневматичного накатника, якщо початковий об'єм повітря — 20 л і тиск 4 МПа, а повітря стиснулося до об'єму 5л?

Густина газу

Якщо дана маса газу т займає спершу об'єм V1, а потім V2, то густина також зміниться — замість d1 стане d2:

,

звідки

або ,

або:

За законом Бойля – Маріотта

Поділивши дві останні рівності одну на одну і скоротивши V1 і V2, матимемо:

Коли об'єм даної маси газу змінюється при незмінній тем­пературі, густина змінюється прямо пропорційно до тиску.

Запитання та вправи.

1. Чому в таблицях густини газів зазначається тиск, під яким перебував газ, а для рідин і твердих тіл у цих таблицях тиску не зазначено ?

2. Як зміниться густина газу, якщо тиск збільшити в n- разів ?

3. Густина повітря при 0° і тискові 760 мм дорівнює 0,001293 г/см3. На­скільки полегшає скляна куля, об'ємом в 2 л, при 0°, в яку було накачано повітря при тискові в 5 Па, якщо відкрутити кран ? Зовнішній тиск за баро­метром 760 мм.

Ізотерма газу

Залежність між зміною об'єму даної маси газу і тиском можна подати графічно (рис. 171).

На горизонтальній осі будемо від­кладати відрізки, пропорційні до об'єму газу, а на вертикальній осі— відрізки, пропорційні до тиску.

Надаючи в рівнянні pV=C різних значень об'ємові V, будемо щоразу мати відповідні значення р.

На рис. 171 значенню V, пропорціойному до відрізка OK, відповідає значення р, пропорційне до від­різка ОМ. Для значення V, позначе­ного на осі відрізком OL,маємо для тиску відрізок ON і т. д. Залежність між різними значеннями р і V вира­жається кривою AN1M1C.

Процес зміни стану газу, що від­бувається при незмінній температурі, називається ізотермічним процесом, а крива, що зображує ізотер­мічним процес, називається ізотермою. Такого виду криву називають в геометрії гіперболою.

Запитання та вправи.

1. Що називається ізотермічним процесом?

2. Яка крива називається ізотермою ?

3. Побудувати ізотерму pV = 8, взявши масштабом на клітчастому папері для одиниць тиску і об'єму одну клітину.

4. Пара надходить у циліндр під тиском 20 Па. Коли поршень перейде по­ловину довжини циліндра, впуск газу припиняється. Нарисувати, як змінюється тиск пари в циліндрі у зв'язку з переміщенням поршня.

Манометри

Прилади, якими вимірюють тиски газів і рідин, називаються манометрами. Залежно від величини вимірюваних тисків, манометри бувають найрізноманітніших конструкцій.

На рис. 172 показано відкритий манометр, який скла­дається з U-подібної трубки, що її один край А сполучається гумовою трубкою з досліджуваним простором, а другий — з атмосферою. Зігнута частина трубки наповнюється будь - якою рідиною: ртуттю, водою, спиртом і т. д. Різницю між ти­ском у досліджуваному просторі і атмо­сферним тиском вимірюють різницею рівнів рідини в обох колінах.

Чим легша рідина, налита в манометр, то чутливіший він стає. Якщо замість ртуті у відкритий ма­нометр налити іншої рідини, то надвишок тиску можна виразити міліметрами ртут­ного стовпчика за формулою — різниця висот стовпів рідини в мано­метрі, питома вага рідини, d—пи­тома вага ртуті, h — висота ртутного стовпа: звідки

Нехай, наприклад, різниця висот у манометрі, наповненому спиртом, дорівнює 10 см, питома вага спирту d =0,8 г/см3 і ртуті

d =13,6 г/см3. Висота ртутного стовпа, що відповідає стовпові спирту в 10 см, дорів­нюватиме :

см, або 6 мм.

Виміряти великі тиски відкритими маноме­трами незручно, вони мають бути дуже високі.

На рис. 173 показано закритий рідинний ма­нометр, що складається також з U - подібної трубки, один край якої запаяний. Відкритий край А сполучається з резервуаром, тиск у якому хочуть виміряти.

Величину тиску визначають за змінами об'єму повітря в закритому коліні на основі закону Бойля - Маріотта.

Металічний манометр. Істотна частина такого манометра — зігнута дугою металічна трубка BC (рис. 174), один край якої C запаюється, а другий, прикріплений до футляра, сполучається краном А з простором, у якому виміряють тиск. Коли тиск збільшується, трубка BC розгинається і рух закри­того краю її за допомогою важельця D й зубчатки E передається стрілці, коли тиск зменшується, трубка буде повертатися в попереднє положення, і рух її також передаватиметься стрілці.

Пластинчастий або мембранний манометр (рис. 175). Тиск вимі­рюється величиною деформації пружної мембрани А. Рухи її передаються стрижнем через проміжний важелець на зубчастий сектор, що зачіпляється з шестернею, укріпленою на осі стрілки.

Металічні манометри можуть бути розраховані на дуже великий тиск.

Запитання та вправи.

1. Для чого використовують манометри?

2. Які ви знаете типи манометрів ?

3. Відкритий манометр наповнено гасом, пи­тома вага якого 0,8 г/см3. Одне коліно манометра спо­лучено з посудиною, тиск газу в якій хочуть виміряти. Зовнішній тиск атмосфери 760 мм,а гас у коліні, спо­лученому з посудиною, стоїть нижче на 20 см. Який тиск газу в посудині?

Водяні насоси

Всистий насос (рис. 176) складається з циліндра P з трубкою А, крізь яку всасується вода із резервуара, у трубці А є клапан S, що відкрива­ється тільки вго­ру. У циліндрі вільно рухається щільно припасо­ваний до стінок поршень із клапа­ном О, що відкри­вається тільки вгору. Коли пор­шень підіймаєть­ся,під ним утворю­ється розрідже­ний простір, кла­пан O тиском повітря ззовні закри­вається. Вода з резервуара під тиском атмосфери входить у трубку А, відкриваючи клапан S. Коли поршень опускається, клапан S тиском повітря й води зверху закривається, а клапан O відкривається. Вода підіймається через клапан O над поршнем. При кожному качанні води щораз більше збирається над поршнем O і вона почне витікати бічною трубкою.

Всисто – нагнітальний насос (рис. 177). Поршень насоса не має клапана, вода, що ввійшла в циліндр із трубки А через нижній клапан при підійманні поршня, заганяється при його опусканні в трубку D, що має клапан О. Нагнітальним насосом можна під­няти воду дуже високо.

Щоб всисно - нагнітальний насос давав непереривну струмину, за верхнім клапаном мі­стять (рис. 178) повітряну камеру F, і вихідний отвір В звужують так, щоб тільки половина води, яку подає поршень за один хід, могла за цей час ви­литися назовні. Отже, під час ходу поршня вниз (клапан E відкритий, кла­пан D закритий) кількість води в камері почне збіль­шуватися, не вся вона встигне витекти. Щоб знай­ти собі місце, вода, яка сама не може стиснутися, стисне повітря в камері F. Коли ж поршень піде вгору (клапан E закритий: насос набирає воду), вода перестане при­бувати в камеру, але на воду тиснутиме повітря, стиснене в камері, і струмина буде литися через трубу В,поки насос набирає воду. При русі поршня вниз повітря знову буде стиснене.



Последнее изменение этой страницы: 2016-07-23

headinsider.info. Все права принадлежат авторам данных материалов.