Номер 9, страница 39 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

9. Объясните принцип действия водяной мельницы.

9. Принцип действия водяной мельницы основан на преобразовании энергии движущейся воды в механическую работу для выполнения различных задач, чаще всего — для помола зерна. Этот процесс можно описать в несколько этапов:

1. Создание и направление потока воды. Для работы мельницы необходим источник движущейся воды. Часто на реке строили плотину, чтобы поднять уровень воды и создать необходимый напор (перепад высот). От плотины к мельнице воду подводили по специальному каналу или деревянному желобу (лотку). Таким образом, потенциальная энергия воды ($E_п = mgh$, где $m$ — масса воды, $g$ — ускорение свободного падения, $h$ — высота) готовится к использованию.

2. Преобразование энергии воды в механическое вращение. Ключевым элементом мельницы является водяное колесо. Поток воды, падая на лопасти или в специальные емкости (ковши) на колесе, заставляет его вращаться. При падении потенциальная энергия воды переходит в кинетическую ($E_к = \frac{1}{2}mv^2$), которая и совершает работу по вращению колеса. Существуют разные типы колес, отличающиеся эффективностью:

• Подналивное (нижнебойное) колесо: его лопасти опускаются в поток воды снизу. Это наименее эффективный тип, так как используется только кинетическая энергия течения.

• Наливное (верхнебойное) колесо: вода подается по желобу на верхнюю часть колеса и заполняет ковши. Это самый эффективный тип, так как используется и вес воды в ковшах (потенциальная энергия), и энергия удара воды (кинетическая энергия).

• Среднебойное колесо: вода подается примерно на уровне оси колеса, что является компромиссом между двумя предыдущими типами.

3. Передача вращательного движения. Водяное колесо жестко соединено с горизонтальным валом. Вращение этого вала передается внутрь мельничного здания. Там с помощью системы зубчатых передач (шестерен) вращение передается на другие валы. Зубчатые передачи позволяют не только передать движение, но и изменить его направление (например, с горизонтального на вертикальное) и скорость (увеличить скорость вращения жернова по сравнению со скоростью вращения водяного колеса).

4. Выполнение полезной работы. В мукомольной мельнице вертикальный вал вращает верхний, подвижный жернов (так называемый бегун). Нижний жернов при этом остается неподвижным. Зерно засыпается в отверстие в центре верхнего жернова, попадает в зазор между двумя камнями и за счет их трения друг о друга перемалывается в муку. Готовая мука высыпается по краям жерновов, где ее собирают в мешки.

В общем виде, цепочка преобразования энергии выглядит так: Потенциальная энергия воды на высоте $\rightarrow$ Кинетическая энергия падающей воды $\rightarrow$ Механическая энергия вращения водяного колеса и валов $\rightarrow$ Работа по перемалыванию зерна (преобразование в тепловую энергию и энергию измельчения).

Ответ: Принцип действия водяной мельницы заключается в том, что энергия потока воды (потенциальная и кинетическая) используется для вращения водяного колеса. Это вращение через систему валов и зубчатых передач передается на рабочий механизм (например, жернова), который совершает полезную работу (например, помол зерна).