Перельман Я.И. - Знаете ли вы физику (1107596), страница 21
Текст из файла (страница 21)
А именно: К;;:: может появиться мгяслгч что так квк пад нижним сосудом тем. Рис. 98) стоит более длинный столб масла, чем над верхним, то ртуть должна вытесняться из нижнего сосуда в верхний. При этом упускается из виду, что кроме масла на ртуть давит —. в противоположном направлении — -также и ртуть, находящаяся в оэсдинитсльной трубке; это давление для гшжиего сосуда значнтельнес, чем для иерхиего. В конечном счете приходится сравнивать разность давлений обоих столбов масла с разностью давлений обоих столбов ртути.
Разность высот столбов, как легко сообразить, для обеих жидкостей одинакова, но так как ртуть гораздо тяжелее масла, то реныющее значение имеет давление ртуги. (Заменив мысленно масло возлухом. г получаем обычное объяснение дейс~вия сифона.) 12) прочностью на разрыв*'. Жидкость должна лишь быгь достаточно свободна от пузырьков газа» ... Далее тот же автор описывает такую постановку опыта переливания жидкостей с помощью си4 она, когда роль ат,;-.", мосферного давления игракэт два на~руженных поршня или напор другой жидкости с меньшей плотносгью. давление их препятствует разрыву жидкой нити, даже если она и содержит.
воздух (рис. 98)*в'. Рнс. 99. Изображснис сифона из сочинения Герона Алск<жндрятв ского (в. 97). Ф Поистине ничто под Луной не ново: оказывается, что правильное объяснение работы сифона в духе изложенного было дано еще 2000 лет назад александрийским механиком и математиком Героном (! век до нашей эры), не подозревавшим, правда, о весомости воздуха, У но потому и не впавшим в ошибку физиков нашей эпохи. Поучительно привести его подлинные слова: «Если свободное отверстие сна фона находится на одной высоте с уровнем жидкости в сосуде, то вода из сифона не будет выливаться, хотя он и полон воды. Как и па весах, вода в этом случае будет находиться в равновесии. Если же свободное отверстие ниже уровня воды, то вода из сифона вытекает, так как вода в участке х)) (рис.
99) более тяжелая. нежели на участке ))г<)„перевешивает и перетягивает». Ряс. (00. Сифон для нсрсливаиня воздуха (в. 98). !28 98.. Переливать газы сифоном возможно. В этом слу- О» чае участие атмосферного давления является уже условием необходимым, так как газы лишены внутреннего сцепления. Газы, более тяжелые, чем воздух,---например углекислый — переливаются сифоновой трубкой совершенно так же. как н жидкости, если один сосуд с углекислотой помещен выше другого. Но можно переливать сифоном и воздух при следующей, на'--'.с-: л пример, обстановке (рис.
100). за.' Короткое колено сифона вводят в широкую пробирку„ наполненную водой и опрокинутую над сосудом с водой так, что отверстие лежит ниже ее уровня. Чтобы прн введении сифона в пробирку в него не 4 == „::'- ==.=.:= в проникла вода, другой конец <) си- фона плотно закрывагот пальцем. — Открыв потом отверстие я), мы увидим пузыри воздуха, проникающего через сифон в пробирку: сифон для воздуха начнет работать. Для объяснения, почему он переливает наружный воздух вцугрь, обратим внимание на .го. что на жидкость у С давит снизу полная атмосфера; сверху же вниз давит атмосфера минус вес столба воды между уровнями С и АВ.
Избыток давления и вгонит наружный воздух внутрь пробирки. В большинстве учебников утверждается. что вода может быть поднята всасывающим насосом на высоту не свыше ! 0,3 м над ее уровнем вне насоса. Мало где отмечается при этом, что высота 10,3 м — чисто теоретическая, на практике не осуществимая.
Не говоря уже о том, что через скважины между поршнем и стенками трубы неизбежно проникает воздух. надо считаться еще с тем, что нри обычных условиях в воде растворен воздух (в количестве 2% ее объема--см. о~нет на вопрос 88). Выделяясь прн работе насоса в разрежаемое пространство под поршнем, воздух этот своим давлением препятствует подъему воды на теоретические !0,3 м и понижае~ высоту поднятия на 3 м: выше 7 м вода в колодезных насосах не поднимается. Примерно та же предельная высота (7 м) существует на практике и для сифона, когда им пользуются при проведении воды поверх плотин или через холмы. 1 О Может казаться, что газ, сжатый вчетверо 0%1~ сильнее, должен вытекат ь заметно быстрее.
Между тем оказывается, что скорость его истечения в пустоту почти не зависи~ от давления, под которым он находится. Сильно сжатый газ выпекает с такой же скоропгью, как и сжатый слабо. Этот физический парадокс объясняется тем, что в случае сжатого газа имеется болыпой напор, но и плотносгь газа, увлекаемого этим напором в движение, также больше, и притом в такой же пропорции (закон Мариотта). Другими словами, масса газа, приводимого в движение, возрастаег с повышением давления во столько же раз, во сколько раз увеличивается движущая сила. А известно, что ускорение, приобретаемое телом, прямо пропорционально силе и обратно пропорционально массе. Поэтому ускорение (и обусловленная им скорость) вытекания газа не должно зависеть от его давления.
1чУХ Предположение, что рабо~а накачивания воды %УХ» всасывающим насосом не зависит от высоты ее поднятия, ошибочно. Работа накачивания действительно состоит в одном лишь разрежении воздуха под поршнем, но разрежение требует различной затраты энергии в зависимости от того, какой высоты столб воды поднимается насосом. Сопоставим работу одного хода поршня при подьеме воды на 7 м и на 1 м. В первом случае на поршень давит сверху целая атмосфера, т.
е. вес !О м водяного столба (круглым числом). Снизу поршень подпирается атмосферным давлением (1О м водяного сголба), уменьшенным на вес 7 м воляного столба и на упругость скопляющегося под поршнем воздуха (который выделяется из раствора в воде); упругость эта, очевидно, отвечает 3 м водяного столба, так как 7-метровая высота поднятия воды— предельная. Значит, при качании надо преодолевать давление водяного столба высотою ! 0 — (1Π— 7 — 3) = 1 О м, т. е. полное атмосферное давление. Во втором случае, при подъеме воды на 1 м.
давление на поршень сверху по-прежнему равно атмосферному: снизу же давление на поршень равно !Π— ! — 3=-6 м. Прихоцится преололевать давление водяного столба в 10 — 6=4 м. Так как длина хода поршня в обоих случаях одинакова, то работа поднятия воды на 7 м больше работы поднятия на ! м в 10:4=2,5 раза. Таким образом, заманчивые вилы на устройство дарового двигателя рассеивиотся.
кЪ»в Пожарный насос не может засасывать кипящую 102 чУ.й» воду, так как пол поршнем вместо разреженного воздуха будет находиться пар упругостью в ! ат. уь в Повышение ртутного столба в манометре ука- 163 %У Э» зывает, конечно, на то, что давление газа в резервуаре увеличилось. Нетрудно понять, почему именно оно возросло. Когда кран открыли, воздух в резервуаре вследствие быстрого разрежения охла- 124 лился ниже температуры окружающей среды. Когда же, спусгя некоторое время, температура газа вновь повысилась, то возросло и его давление (по закону Гей-Люссака). 14 ,а Пузырек воздуха па глубине 8000 м должен 04е находиться под давлением около 800 ат, потому что каждые 1О м водяного столба приблизительно соответствуют (по весу) одной атмосфере.
Закон Мариотта г.пасит, что плотность газа прямо пропорциональна давлению. Применяя этот закон к данному случаю, можно заключить, что плотность воздуха под давлением 800 ат должна быть в 800 раз больше, нежели под нормальным давлением. Окружающий нас воздух в 770 раз менее плотен, чем вода. Значит, воздух в пузырьке на дне океана должен быть плотнее воды и, следовательно, не может вспльпь на поверхность. Однако вывод наш основан на неправильном допущении, что закон Мариотта применим к таким высоким давлениям, как 800 ат. Уже под давлением 200 ат воздух сжимается не в 200, а только в 190 раз, под давлением 400 ат †сжимает в 315 раз.
Чем значительнее давление, тем отступление от закона Мариотта больше. При 600 ат воздух сжимается в 387 раз. Под давлением выше 1500 ат воздух сжимается в 510 раз и при дальнейшем увеличении давления сжимается столь же незначительно, как и жидкость. Например, при давлении в 2000 ат плогность воздуха возрастает по сравнению с нормальной всего лишь в 584 раза, примерно до 3~4 плотности водыа'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
