Задание 6, страница 51 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 6

Рассмотрите рисунки 60–62. Поясните принцип действия гидравлического пресса и шлюза.

Рис. 60. Гидравлический пресс

Рис. 61. Однокамерный шлюз Шульбинской ГЭС на Иртыше, ВКО

Рис. 62. Принципиальная схема шлюза

Принцип действия гидравлического пресса

Работа гидравлического пресса (Рис. 60) основана на законе Паскаля. Закон Паскаля гласит, что давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях.

Пресс состоит из двух соединенных сосудов, заполненных жидкостью (обычно маслом), в которых установлены поршни с разной площадью поперечного сечения. Пусть площадь малого поршня равна $S_1$, а площадь большого поршня — $S_2$.

Когда на малый поршень действует сила $F_1$, она создает под поршнем давление $p_1 = \frac{F_1}{S_1}$. Согласно закону Паскаля, это давление передается без изменения во все точки жидкости, в том числе и под большой поршень. Таким образом, давление под большим поршнем $p_2$ равно давлению под малым поршнем $p_1$.

Это давление создает силу $F_2$, действующую на большой поршень: $F_2 = p_2 \cdot S_2$.

Подставив значения, получим: $F_2 = p_1 \cdot S_2 = \frac{F_1}{S_1} \cdot S_2 = F_1 \cdot \frac{S_2}{S_1}$.

Поскольку площадь большого поршня $S_2$ значительно больше площади малого поршня $S_1$, то сила $F_2$, действующая на большой поршень, будет во столько же раз больше силы $F_1$, приложенной к малому поршню. Отношение $\frac{S_2}{S_1}$ показывает выигрыш в силе. Это позволяет с помощью малой силы получать значительно большую силу, которая используется для прессования, подъема тяжестей и других технологических операций. На рисунке 60 манометр $p_M$ измеряет давление в системе.

Ответ: Принцип действия гидравлического пресса основан на законе Паскаля, согласно которому давление в жидкости передается одинаково во всех направлениях. Прикладывая малую силу к поршню малой площади, создают давление, которое передается на поршень большой площади, создавая на нем во столько раз большую силу, во сколько раз площадь большого поршня больше площади малого.

Принцип действия шлюза

Принцип действия шлюза (Рис. 61, 62) основан на физическом принципе сообщающихся сосудов. Шлюз — это сооружение на судоходных путях, предназначенное для подъема или спуска судов между двумя участками воды с разными уровнями (например, на реках с плотинами или на каналах).

Шлюз представляет собой камеру, ограниченную с двух сторон воротами, которая соединяет верхний бьеф (участок с высоким уровнем воды, "верхнее течение") и нижний бьеф (участок с низким уровнем воды, "нижнее течение").

Процесс шлюзования для подъема судна (с нижнего уровня на верхний) выглядит так:

1. Судно заходит в камеру шлюза со стороны нижнего бьефа. В этот момент уровень воды в камере совпадает с нижним уровнем, ворота со стороны верхнего бьефа закрыты, а со стороны нижнего — открыты.

2. После входа судна в камеру, ворота нижнего бьефа закрываются.

3. Через специальные водоводы (клапаны в воротах или обводные каналы) камера начинает заполняться водой из верхнего бьефа. Камера и верхний бьеф работают как сообщающиеся сосуды: вода перетекает до тех пор, пока уровни в них не сравняются. Вместе с водой поднимается и находящееся в камере судно.

4. Когда уровень воды в камере достигает уровня верхнего бьефа, верхние ворота открываются, и судно выходит из шлюза.

Для спуска судна (с верхнего уровня на нижний) все действия производятся в обратном порядке: судно заходит в заполненную камеру, верхние ворота закрываются, вода из камеры спускается в нижний бьеф до выравнивания уровней, после чего открываются нижние ворота.

Ответ: Принцип действия шлюза основан на законе сообщающихся сосудов. Судно заходит в герметичную камеру, уровень воды в которой затем изменяется (повышается или понижается) путем ее заполнения из верхнего бьефа или спуска в нижний бьеф, что позволяет поднимать или опускать судно до нужного уровня воды.