Задание 1, страница 71 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 1

Приведите примеры использования ламинарного течения в бытовых и технических устройствах.

Ламинарное течение — это упорядоченное движение жидкости или газа, при котором слои среды движутся параллельно друг другу, не перемешиваясь. Этот тип течения наблюдается при малых скоростях и/или высокой вязкости жидкости. Ламинарное течение находит широкое применение как в быту, так и в различных технических областях.

Примеры использования в быту и бытовых устройствах:

1. Струя воды из крана. Если плавно и несильно открыть водопроводный кран, можно увидеть, как вода течет ровной, гладкой и прозрачной струей. Это классический пример ламинарного течения. При увеличении скорости (напора) течение становится турбулентным — струя становится мутной, неровной и начинает шуметь из-за образования вихрей.

2. Течение вязких жидкостей. При наливании меда, густого сиропа, глицерина или моторного масла их поток остается упорядоченным и слоистым. Высокая вязкость этих жидкостей эффективно подавляет образование турбулентных вихрей, сохраняя течение ламинарным даже при относительно больших скоростях.

3. Медицинский шприц. При медленном нажатии на поршень шприца жидкость (лекарство) движется по игле ламинарно. Это обеспечивает точный контроль над скоростью введения и объемом препарата, а также снижает болевые ощущения при инъекции.

4. Песочные часы. Тонкая струйка песка, пересыпающегося через узкое горлышко, ведет себя подобно жидкости в режиме ламинарного течения. Движение песчинок упорядочено и предсказуемо, что позволяет использовать часы для измерения времени.

Примеры использования в технических устройствах:

1. «Чистые комнаты». В производстве микросхем, оптики, в фармацевтике и операционных залах больниц крайне важно поддерживать стерильность и отсутствие пыли. Для этого создают ламинарные боксы или целые комнаты, где поток отфильтрованного воздуха движется строго вертикально (с потолка к полу) или горизонтально, унося с собой все загрязняющие частицы и не позволяя им оседать на рабочие поверхности.

2. Аэродинамика. При проектировании крыльев самолетов, лопастей ветрогенераторов и кузовов гоночных автомобилей инженеры стремятся максимально продлить область ламинарного обтекания. Ламинарное течение создает значительно меньшее сопротивление трения, чем турбулентное, что напрямую влияет на экономию топлива и достижение высоких скоростей.

3. Гидродинамические подшипники. В двигателях и турбинах используются подшипники скольжения, где между вращающимся валом и неподвижным корпусом находится тонкий слой смазочного масла. Вращение вала затягивает масло в зазор, где оно движется ламинарно, создавая масляный клин. Этот клин выдерживает огромные нагрузки и предотвращает прямой контакт металлических поверхностей, сводя к минимуму трение и износ.

4. Микрогидродинамика (микрофлюидика). В устройствах типа «лаборатория на чипе», которые используются для медицинских анализов и химических исследований, жидкости перемещаются по каналам микрометрового размера. Из-за малых масштабов и скоростей течение в них практически всегда является ламинарным. Это позволяет очень точно дозировать реагенты и управлять их смешиванием путем диффузии.

5. Транспортировка вязких жидкостей. При перекачке сырой нефти и других вязких продуктов по трубопроводам течение часто бывает ламинарным. Инженерные расчеты гидравлического сопротивления и требуемой мощности насосов для таких систем основываются на формулах для ламинарного режима течения.

Ответ: Примеры использования ламинарного течения: в быту — спокойная струя воды из крана, вытекание меда или сиропа, работа медицинского шприца; в технике — системы вентиляции в «чистых комнатах», обтекание крыла самолета воздухом, работа гидродинамических подшипников на масляной смазке, движение жидкостей в микрофлюидных чипах и транспортировка нефти по трубопроводам.