28. Гидравлические машины.

Гидравлические машины – машины, действие которых основано на законах движения и равновесия жидкостей.

Схема гидравлической машины.

Б удем считать, что сила трения равна нулю и жидкость находится в покое.

Давление под первым поршнем .

Р₂ – давление на второй поршень;

p₁ = p₂ = p (по закону Паскаля).

Тогда F₁ = pS₁; F₂ = pS₂.

(*)

Откуда, .

Сила, действующая на большой поршень (F₂), во столько раз больше силы, действующей на малый поршень (F₁), во сколько раз площадь большого поршня (S₂) больше площади малого (S₁).

Таким образом, с помощью гидравлической машины можно малой силой уравновесить большую силу.

Замечание: - выигрыш в силе.

Формулу (*) можно записать так: .

В общем случае правило гидравлической машины имеет следующий вид:

Для гидравлической машины при отсутствии трения сила прямо пропорциональна площади поршня.

Примеры гидравлических машин: гидравлический пресс, гидравлический домкрат, гидравлический тормоз и т.д.

Примечание: Пневматические машины – машины, работающие посредством сжатого воздуха (отбойный молоток, пневматический тормоз и др.).

29. Вес воздуха. Атмосферное давление.

Известно, что воздух – это смесь газов: в основном – азота, кислорода, водяного пара, углекислого газа и других.

Воздух имеет вес. Установлено, что вес 1 м³ воздуха равен приблизительно 13 Н.

Воздушную оболочку, окружающую Землю, называют атмосферой.

Атмосферное давление – давление, которое оказывает атмосфера Земли на все тела, в ней находящиеся. Существование атмосферного давления объясняется наличием веса у воздуха: верхние слои атмосферы своим весом действуют на нижние слои, сжимая их.

Измерениями установлено, что с увеличением высоты плотность и давление воздуха уменьшается.

Атмосфера Земли четкой границы не имеет.

Существование атмосферы вокруг Земли обусловлено тем, что на молекулы воздуха действует сила тяжести и они находятся в беспорядочном движении, причем скорости большинства молекул значительно меньше второй космической скорости.

Замечание: Вторая космическая скорость – скорость, необходимая телу, чтобы покинуть Землю (преодолеть силу притяжения Земли). _II = 11,2 км/с.

Задание: Приведите примеры приборов, действие которых основано на существовании атмосферного давления. Объясните принцип их действия.

30. Измерение атмосферного давления.

а) Измерить атмосферное давление можно с помощью опыта, предложенного итальянским ученым Эванджелиста Торричелли (1608–1647).

Ртуть находится в равновесии



Атмосферное давление уравновешивается

давлением ртутного столба.

Внесистемная единица измерения атмосферного давления: 1 мм рт. ст.

1 мм рт. ст.  133,3 Па

Замечание: Пространство над ртутью в трубке называют «Торричеллиевой пустотой», так как давление находящихся в нем паров ртути так мало, что им можно пренебречь.

Нормальным атмосферным давлением называется атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 С.

Обозначение: p₀

760 мм рт. ст. = 101300 Па = 1013 гПа

При решении задач можно брать p₀  100000 Па = 10⁵ Па.

Барометр –прибор для измерения атмосферного давления. Барометры бывают двух типов:

• ртутный барометр (простейший – трубка Торричелли с прикрепленной к ней шкалой);

• барометр-анероид (безжидкостный).

Основные части анероида:

1. у пругая, полая внутри металлическая коробочка с волнистой поверхностью. Внутри коробочки создан вакуум (вакуум – состояние газа при давлении, значительно меньшем атмосферного; вакуум можно получить при помощи откачивающего насоса);

2. пружинящая металлическая пластина;

3. передаточный механизм;

4. стрелка-указатель;

5. шкала;

6. застекленный корпус прибора.

Атмосферное давление зависит от:

• погоды (понижение атмосферного давления – к ухудшению погоды; повышение – к ее улучшению);

• высоты над уровнем моря (подъем на каждые 12 м ведет к уменьшению давления на 1 мм рт. ст.).

Прибор для определения высоты над уровнем моря называется высотомером (альтиметром). Это барометр, имеющий шкалу, размеченную в единицах высоты.

б) Манометр – прибор для измерения разности давления жидкости или газа, находящегося в закрытом сосуде, и атмосферного давления.

Манометры бывают жидкостные и металлические.

Открытый жидкостный манометр.

p – давление газа в сосуде.

p = p₀ + gh,

где  - плотность жидкости, находящейся в манометре;

h – избыточный столб жидкости.

p – p₀ = gh

Таким образом, давление p в сосуде больше (меньше) атмосферного давления на величину давления избыточного столба жидкости высотой h в колене манометра.

Пользуясь манометром этого типа, измеряют разность давлений в сантиметрах или миллиметрах столба той жидкости, которая находится в манометре (по шкале прибора). Обычно в манометрах используют ртуть, воду или спирт.

Зная плотность жидкости и величину атмосферного давления, можно выразить давление p в паскалях.

Задание: Нарисуйте (схематически) в тетради как будут располагаться уровни жидкости в коленах манометра, если давление газа в сосуде: а) меньше атмосферного; б) равно атмосферному.

Металлический манометр.

О сновные части:

1. согнутая в дугу полая металлическая трубка (способна изменять свою форму при изменении давления внутри нее);

2. стрелка-указатель;

3. зубчатый передаточный механизм;

4. к ран;

5. рычаг;

6. шкала;

7. застекленный корпус прибора.

Замечание: Часто технические манометры имеют шкалу, начальное деление которой отмечено цифрой «0», что соответствует значению атмосферного давления. Тогда для определения давления газа, находящегося в закрытом сосуде, необходимо к показаниям манометра прибавить атмосферное давление по показаниям барометра.

в) Действие поршневых жидкостных насосов основано на явлении поднятия жидкости за поршнем под действием атмосферного давления.

Задание: Объясните работу поршневых жидкостных насосов, изображенных на нижеприведенных рисунках:

1, 2 – клапаны; 1, 2 – клапаны;

3 – поршень; 3 – поршень;

4 – рукоятка. 4 – воздушная камера;

5 – рукоятка.