1.4 Физические основы центрифугирования
Центрифугирование - метод разделения (сепарации)
неоднородных систем под действием искуственного гравитационного
поля, создаваемого во вращающихся системах. Например, разделение
суспензий, эмульсий на составные части с различной плотностью
Вращение с большой частотой позволяет значительно ускорить процесс
разделения по сравнению с разделением в поле тяжести Земли
На частицу с объемом V в гравитационном поле действует сила
тяжести mg = p(ч)Vg и архимедова сила F(а) = p(ж)Vg
Сила, вызывающая отделение частицы от жидкости
В первом случае отделяемые частицы собираются на поверхности
жидкости, во втором - на дне Процесс разделения происходит тем
быстрее, чем больше разделяющая сила Fp то есть, чем больше разница
плотностей Р(ж)-Р(ч), чем больше объем частицы V и чем больше
напряженность гравитационного поля
то есть ускорение свободного падения При
центрифугировании как раз и создается гравитационное поле с большой
напряженностью g' Согласно одному из основных постулатов физики,
8 движущейся с ускорением а системе создается гравитационное
поле, направленное в сторону, противоположную ускорению Этот факт
можно проверить в лифте поднимающемся с ускорением Так же
объясняются перегрузки испытываемые космонавтами в стартующей
космической ракете. Использовать для создания сильного
гравитационного поля поступательное движение с ускорением сложно
Проще получать большие ускорения при вращательном движении
Как известно из кинематики вращательного движения, тело,
перемещающееся по окружности, движется с центростремительным
ускорением, направленным к центру окружности
ЗАДАЧИ И ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ I
1 Камень массой m = 100кг падает с высоты Н в песок Объясните, -
какие превращения энергии при этом происходят Какая скорость камня
у поверхности Земли? На сколько повысится температура камня?
Принять, что половина механической энергии камня пойдёт на его
нагревание. Удельная теплоёмкость камня 7 102 Дж/кг К
2.В жаркий день брызги воды взлетают вверх над водопадом и
испаряются в горячем воздухе. Какие превращения энергии при этом
происходят?
3.Сжатая металлическая пружина помещается в кислоту, где
растворяется. Куда при этом девается потенциальная энергия сжатой
пружины?
m1 = m2 =m3 =m4 =m5=m =1000 кг, v1 =v =10 м/с
Найдите скорости шаров 1, 2, 3, 4, 5 после центральных
соударений и количество механической энергии, превращающейся при
этом во внутреннюю. Рассмотреть два случая. а) абсолютно упругий и б)
абсолютно неупругий удар.
5. В какую сторону надо размешивать ложечкой чай: по часовой
или против часовой стрелки, чтобы ускорить растворение сахара.
6.Найдите эффективность разделения в центрифуге с частотой
вращения 10000 Гц и диаметром 40см?