Использование давления

Конспект по физике для 7 класса «Использование давления в технических устройствах». ВЫ УЗНАЕТЕ: Как используется давление в простейших механических устройствах. Какие приборы называют гидравлическими и как они работают. Какие приборы называют пневматическими и как они работают. Как работают шлюзы. ВСПОМНИТЕ: Что такое давление? Как передается давление в жидкости и газе?

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике


Использование давления
в технических устройствах

Знание физических законов, связанных с понятием давления, помогает объяснить принципы действия огромного количества технических устройств, от самых простых до достаточно сложных.

ПРОСТЕЙШИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА

Когда мы копаем обычной лопатой землю или песок, то действуем всем своим весом (400–700 Н) на довольно маленькую поверхность, на которую оказывает давление режущая кромка лопаты (площадью не больше 0,00025 м2). Этого достаточно, чтобы лопата вошла в землю. В то же время, чтобы уменьшить давление со стороны лопаты на подошву ноги, на лопате делают специальные «ступеньки», площадь которых около 0,006 м2.

Ещё один пример — канцелярская кнопка. Мы оказываем давление на кнопку пальцем силой, приблизительно равной 30 Н. Тогда давление, оказываемое на верхнюю поверхность кнопки (площадью около 1 см2), равно 30 Н/см2 = 300 000 Па.

В то же время давление заострённого конца кнопки (площадью около 0,01 мм2) на стол оказывается в 10 000 раз больше.

Многотонные вездеходы, оснащённые широкими гусеницами, способны ездить в пустынях, но болотистой местности, где проваливаются и буксуют узкие колёса легкового автомобиля. Гусеничный вездеход массой 3000 кг оказывает давление на грунт, равное всего 12 000 Па.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Гидравлические машины (от греч. hydravlikos — водяной) — это машины, принцип действия которых основан на законе Паскаля и таком важном свойстве жидкости, как уё практическая несжимаемость.

Гидравлическая машина состоит из двух сообщающихся сосудов, снабжённых поршнями. Эти сосуды заполнены жидкостью (масло, вода и т. п.). В случае, когда на поршни ничего не действует, уровни жидкости в сосудах будут одинаковыми в соответствии с принципом сообщающихся сосудов.

Если на один из поршней начать действовать силой F1, то давление под этим поршнем возрастёт. По закону Паскаля оно передаётся во все точки жидкости одинаково, и второй поршень начнёт двигаться вверх. Какую силу F2 надо приложить в этом случае ко второму поршню, чтобы уровни жидкости в обоих сосудах остались одинаковыми?

Поскольку в рассматриваемой ситуации жидкость находится в равновесии, то давления под поршнями одинаковы: р1 = р2. Учитывая, что получаем

Следовательно, сила F2 во столько раз больше силы F1, во сколько раз площадь большого поршня S2 больше площади малого поршня S1.

Таким образом, гидравлические машины позволяют уравновесить силы, различающиеся во много раз. Отношение F2/F1 называют выигрышем в силе.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС

Гидравлическую машину, предназначенную для сжатия тел, называют гидравлическим прессом.

Гидравлический пресс работает следующим образом. Тело, которое необходимо сжать (спрессовать), помещают на платформу, установленную на большом поршне. Воздействуя на малый поршень, увеличивают давление в жидкости. По закону Паскаля это давление передаётся на большой поршень, и он начинает подниматься.

Учитывая выигрыш в силе, который даёт гидравлическая машина, сила F1 должна быть меньше силы F2 во столько раз, во сколько площадь S2 больше площади S1. На практике это различие может быть очень большим.

При подъёме большого поршня тело будет упираться в неподвижную верхнюю платформу и сжиматься.

Впервые гидравлические прессы стали применять на практике в конце XVIII начале XIX в. Гидравлические прессы применяют там, где требуется большая сила. Например, для выжимания масла из семян на маслобойных заводах, для прессования фанеры, картона. На металлургических заводах гидравлические прессы используют при изготовлении стальных валов машин, железнодорожных колёс и других изделий. Современные гидравлические прессы могут развивать силу в десятки и сотни миллионов ньютонов.

ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА

В различных областях техники и промышленности можно встретить пневматические устройства, т. е. устройства, приводимые в действие сжатым воздухом.

НАСОС И НИППЕЛЬ

Рассмотрим сначала простейший насос. Его мы используем для накачивания мячей, велосипедных или автомобильных камер. Работает насос следующим образом. При подъёме поршня вверх через отверстие в корпус насоса входит воздух. При опускании поршня воздух под ним сжимается и через ниппель проходит в камеру.

Ниппель нужен для того, чтобы пропускать воздух внутрь какого-то объёма, но не выпускать его наружу. Устроен он следующим образом. В тонкой металлической трубке сделано отверстие в боковой поверхности. Па неё плотно надета узкая резиновая трубочка. Когда воздух под давлением идет из насоса, трубочка раздувается и пропускает его в камеру. Обратно же воздух через трубочку пройти не может.

ПОРШНЕВОЙ НАСОС С КЛАПАНАМИ

Устройства, которые используют для разрежения газа, также называют насосами. В качестве примера рассмотрим поршневой воздушный насос с клапанами. Воздух откачивается из сосуда. При движении поршня вверх в камере между клапанами понижается давление. Из-за разности давлений в камере и сосуде, из которого выкачивают воздух, открывается клапан 1. При опускании поршня он закрывается, и открывается клапан 2, воздух выходит из насоса.

В технике также используют насосы для работы с жидкостью. Примером такого насоса может служить поршневой жидкостный насос.

НАГНЕТАТЕЛЬНЫЙ НАСОС-КОМПРЕССОР

Ещё один вид насоса — нагнетательный насос-компрессор. При вращении маховика поршень движется в цилиндре вправо и влево. При движении поршня вправо сжатый воздух открывает клапан на заслонке и нагнетается в баллон. При движении поршня влево новая порция воздуха засасывается в цилиндр из атмосферы, причём клапан на заслонке закрывается, а клапан на поршне открывается.

Компрессорная техника — это набор методов и аппаратуры для получения. поддержания и контроля давления выше атмосферного. История развития физики и химии, а также ряда отраслей промышленности неразрывно связана с развиты компрессорной техники.

ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ТОРМОЗА

Сжатый воздух также используют в пневматических тормозах для железнодорожного транспорта. Рассмотрим схему их работы.

Магистраль, тормозной цилиндр и резервуар заполняют сжатым воздухом, который под давлением нагнетается компрессором. При открывании стоп–крана сжатый воздух выходит из магистральной трубы, и давление в правой части тормозного цилиндра становится меньше, чем в левой (из которой сжатый воздух благодаря клапану выйти не может).

В результате этого поршень тормозного цилиндра перемещается вправо и прижимает тормозную колодку к ободу колеса, которое при этом затормаживается. При наполнении магистральной трубы сжатым воздухом тормозные колодки отжимаются пружинами от колёс.

ШЛЮЗЫ

Ещё одним примером технического устройства, в котором используются изученные нами законы, являются шлюзы. Они широко используются во всём мире для того, чтобы суда могли пройти сквозь водоёмы, уровень воды в которых отличается друг от друга.

При помощи ворот уровень воды между ними выравнивается, и судно за небольшой промежуток времени попадает из водоёма с одним уровнем воды в водоём с другим уровнем воды.

Первые шлюзы были изобретены в XIV или XV в. В 1481 г. два монаха доминиканца из Витербо (Италия) предложили схему шлюзовой камеры с затворами, а Леонардо да Винчи (145? 1519) спроектировал 6 шлюзов, создав систему каналов Милана. До этого (и долгое время после этого) на многих каналах суда поднимались или опускались по наклонной плоскости на канатах, однако таким способом можно было перетаскивать, лишь небольшие суда. Историческая роль шлюзов обусловлена именно тем, что с их помощью можно проводить крупные суда по каналам с перепадом уровня воды.

К началу XVIII в. водные пути в их естественном состоянии уже не отвечали требованиям развивающейся экономики России. Первым искусственным водным путём, созданным в России, была Вышневолоцкая система. По указу Петра I от 12 января 1703 г. начались работы по строительству канала между реками Цна и Тверда. Указом повелевалось начальству ближайших провинций к 1 апреля того же года выслать на «перекопные работы» 5000 пеших работников, 1000 конных и 400 плотников.

Российская Федерация располагает самой большой в мире сетью внутренних водных путей, используемых для транспортного судоходства. В настоящее время эксплуатируются пути общей протяжённостью около 101,6 тыс. км. На них расположено около 700 судоходных гидротехнических сооружений, в том числе 110 судоходных шлюзов.

 


Вы смотрели Конспект по физике для 7 класса «Использование давления в технических устройствах»: Как используется давление в простейших механических устройствах. Какие приборы называют гидравлическими и как они работают. Какие приборы называют пневматическими и как они работают. Как работают шлюзы.
Вернуться к Списку конспектов по физике (В оглавление).

Пройти онлайн-тест «»

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *