Номер 2, страница 142 - гдз по физике 7 класс учебник Башарулы, Тезекеев

2. Подумайте, как можно соорудить фонтан. Начертите его схему и объясните принцип действия.

2. Дано:

Задача: продумать и описать конструкцию фонтана.

Найти:

Схему фонтана и объяснение принципа его действия.

Решение:

Рассмотрим устройство и принцип действия самого распространенного типа фонтана — с использованием электрического насоса. Это замкнутая система, в которой для создания струй циркулирует один и тот же объем воды.

Схема фонтана:

Простейшая схема фонтана с насосом выглядит следующим образом:

Основные компоненты системы:

1. Чаша (резервуар) — нижний бассейн, в котором находится и куда собирается вода.

2. Погружной насос — сердце фонтана; электрическое устройство, которое забирает воду из чаши и под давлением подает её вверх.

3. Трубопровод — труба или система труб, по которым вода движется от насоса к насадке.

4. Насадка (форсунка) — устройство на конце трубопровода, которое формирует струю воды нужной формы и высоты.

Принцип действия:

Принцип работы такого фонтана основан на законах гидродинамики и преобразовании энергии.

1. Система заполняется водой. Погружной насос находится в чаше под водой.

2. При включении насос начинает работать, засасывая воду из чаши. Электрическая энергия преобразуется в механическую работу по созданию избыточного давления.

3. Под действием созданного насосом давления вода выталкивается в трубопровод и движется по нему вверх.

4. На выходе из трубопровода установлена насадка, которая обычно имеет меньший диаметр, чем труба. Согласно уравнению неразрывности ($S_1v_1 = S_2v_2$), уменьшение площади поперечного сечения потока ($S$) приводит к увеличению его скорости ($v$). За счет этого вода с большой скоростью выбрасывается из насадки.

5. Вылетев из насадки, струя воды обладает большой кинетической энергией. По мере подъема вверх эта энергия переходит в потенциальную энергию. Максимальная высота подъема струи $h$ (без учета сопротивления воздуха) определяется начальной скоростью $v$ по формуле из закона сохранения энергии: $h = \frac{v^2}{2g}$, где $g$ – ускорение свободного падения.

6. Достигнув максимальной высоты, вода под действием силы тяжести падает обратно в чашу.

7. Процесс цикличен: вода, вернувшаяся в чашу, снова забирается насосом, и цикл повторяется. Таким образом, фонтан работает в замкнутом контуре, и требуется лишь иногда доливать воду для восполнения потерь от испарения и разбрызгивания.

Ответ: Фонтан можно соорудить, используя чашу для воды, погружной насос, трубопровод и насадку. Принцип его действия заключается в непрерывной циркуляции воды в замкнутой системе: насос создает давление, под действием которого вода из чаши поднимается по трубе и с большой скоростью выбрасывается через насадку, образуя струю; затем вода под действием силы тяжести падает обратно в чашу, откуда снова забирается насосом.