Номер 1, страница 90, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 3. Движение, взаимодействие, масса. Параграф 24. Измерение скорости. Вопросы и задания - номер 1, страница 90.

Условие.

1. Объясните принцип действия лага.

Решение.

1. Объясните принцип действия лага.

Лаг — это навигационный прибор для измерения скорости судна и пройденного им расстояния. Принцип действия лага зависит от его конструкции. Существует несколько основных типов лагов, отличающихся по физическому принципу, положенному в основу их работы.

Гидродинамический лаг

Принцип действия этого типа лага основан на измерении динамического давления (скоростного напора) потока воды. В днище судна устанавливается специальная выдвижная трубка, работающая по принципу трубки Пито. Эта трубка имеет два отверстия: одно направлено навстречу потоку воды и измеряет полное давление (сумма статического и динамического), а другое расположено перпендикулярно потоку и измеряет только статическое давление. Разность этих давлений, $ \Delta p $, пропорциональна квадрату скорости судна $\text{v}$ относительно воды, что описывается формулой Бернулли: $ \Delta p = \frac{\rho v^2}{2} $, где $ \rho $ — плотность воды. Измерив разность давлений, прибор вычисляет и показывает скорость судна.

Индукционный (электромагнитный) лаг

Его работа основана на явлении электромагнитной индукции (закон Фарадея). В подводной части корпуса судна монтируется датчик, состоящий из электромагнита и двух электродов. Электромагнит создает в окружающей воде вертикальное магнитное поле. Морская вода является проводником, и при ее движении сквозь магнитное поле в ней наводится электродвижущая сила (ЭДС). Эта ЭДС улавливается электродами. Величина ЭДС ($\text{E}$) прямо пропорциональна скорости движения воды ($\text{v}$) относительно судна: $ E = k \cdot B \cdot l \cdot v $, где $\text{B}$ — индукция магнитного поля, $\text{l}$ — расстояние между электродами, $\text{k}$ — коэффициент пропорциональности. Прибор измеряет эту ЭДС и преобразует ее в показания скорости относительно воды.

Гидроакустический (доплеровский) лаг

Это наиболее современный и точный тип лага, принцип действия которого основан на эффекте Доплера. Прибор, установленный на днище, посылает под углом к нему короткие ультразвуковые импульсы в направлении дна. Сигнал отражается от дна (или от неоднородностей в толще воды) и возвращается к приемнику лага. Поскольку судно движется, частота принятого отраженного сигнала отличается от частоты исходного сигнала. Этот сдвиг частоты ($ \Delta f $) прямо пропорционален скорости судна. Измерив доплеровский сдвиг, прибор с высокой точностью вычисляет скорость судна. Если отражение происходит от дна, лаг показывает скорость относительно грунта (SOG — speed over ground), что особенно ценно для маневрирования. Если дно слишком глубоко, лаг может работать, отражая сигнал от слоя воды, и тогда он показывает скорость относительно воды (STW — speed through water).

Ответ: Принцип действия лага заключается в измерении скорости судна на основе различных физических явлений: гидродинамического давления потока воды (гидродинамические лаги), электромагнитной индукции в движущейся морской воде (индукционные лаги) или доплеровского сдвига частоты отраженного от дна или воды ультразвукового сигнала (гидроакустические лаги).