Номер 6, страница 44, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 5. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Параграф 55. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 6, страница 44.

Условие.

• Принцип сообщающихся сосудов в технике.

Решение.

Принцип сообщающихся сосудов в технике.

Принцип сообщающихся сосудов — это закон гидростатики, согласно которому поверхности однородной жидкости в сообщающихся сосудах (сосудах, соединенных между собой ниже уровня жидкости) устанавливаются на одном уровне, при условии, что давление над поверхностями жидкости одинаково. Это происходит потому, что давление, создаваемое столбом жидкости, зависит только от ее плотности и высоты столба, согласно формуле $p = \rho \cdot g \cdot h$, где $\rho$ — плотность жидкости, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $\text{h}$ — высота столба жидкости. В состоянии равновесия давление на любом горизонтальном уровне внутри жидкости должно быть одинаковым, что и приводит к выравниванию уровней свободной поверхности.

Этот простой, но фундаментальный принцип нашел широкое применение в различных областях техники и в быту:

Водоснабжение и водонапорные башни. Городская система водоснабжения представляет собой разветвленную сеть сообщающихся сосудов. Водонапорная башня, представляющая собой большой резервуар, поднятый на значительную высоту, соединяется трубами с домами. Вода, закачанная в башню, под действием силы тяжести создает давление, достаточное для того, чтобы поднять воду на верхние этажи зданий, уровень которых находится ниже уровня воды в башне.

Шлюзы на каналах и реках. Шлюз — это камера между двумя участками водоема с разными уровнями воды. Для перемещения судна камера шлюза (сосуд 1) поочередно соединяется то с верхним, то с нижним бьефом (сосуд 2). При открытии затворов вода перетекает из участка с более высоким уровнем в участок с более низким до тех пор, пока уровни не сравняются, что позволяет судну безопасно перейти на другой уровень.

Гидравлические машины (пресс, подъемник). Хотя работа гидравлического пресса основана на законе Паскаля, его устройство представляет собой два сообщающихся сосуда (цилиндра) с поршнями разной площади. Приложение силы к малому поршню создает давление, которое передается жидкости и выталкивает большой поршень. При этом уровень жидкости в цилиндрах изменяется в соответствии с принципом сообщающихся сосудов.

Водомерные стекла (уровнемеры). Для измерения уровня жидкости в закрытых непрозрачных резервуарах (например, в паровых котлах) используется стеклянная трубка, присоединенная к резервуару сверху и снизу. Резервуар и трубка образуют сообщающиеся сосуды, и уровень жидкости в прозрачной трубке всегда соответствует уровню в резервуаре, что позволяет визуально контролировать его.

Артезианские скважины. Подземный водоносный слой, заключенный между двумя водоупорными пластами, может находиться под давлением. Если пробурить скважину в таком месте, вода из нее будет подниматься или даже фонтанировать. Скважина и водоносный пласт, простирающийся до области питания на возвышенности, действуют как сообщающиеся сосуды.

Бытовые приборы. Простейшими примерами являются чайник или лейка. Носик и основная емкость являются сообщающимися сосудами, поэтому вода в носике не может подняться выше, чем в самой емкости.

Ответ: Принцип сообщающихся сосудов, гласящий, что уровень однородной жидкости в соединенных сосудах одинаков, находит широкое применение в технике, включая системы водоснабжения с водонапорными башнями, шлюзы на каналах, гидравлические устройства, водомерные стекла для контроля уровня в резервуарах и артезианские скважины.

История водопровода.

История водопровода — это история развития цивилизации, гигиены и инженерной мысли, насчитывающая несколько тысячелетий.

Древний мир. Первые системы водоснабжения появились в древнейших цивилизациях. В городах Индской цивилизации (ок. 2500 г. до н.э.), таких как Мохенджо-Даро, существовали колодцы и сложная система канализации. На Крите во дворцах минойской цивилизации (ок. 2000 г. до н.э.) использовали керамические трубы. Однако наибольших успехов в строительстве водопроводов достигли римляне. Начиная с IV века до н.э. они строили грандиозные акведуки — каменные мосты-водоводы, которые доставляли чистую воду из горных источников в города за десятки километров. Внутри городов вода распределялась по свинцовым трубам в общественные бани (термы), фонтаны и дома зажиточных граждан. Римский водопровод был чудом инженерной мысли и символом могущества империи.

Средние века. С падением Римской империи многие инженерные знания были утеряны, а акведуки пришли в запустение. В средневековой Европе водоснабжение было примитивным: воду брали из рек, колодцев и источников, что часто приводило к эпидемиям. Лишь в монастырях сохранялись некоторые технологии, позволявшие создавать локальные системы водоснабжения.

Новое время. В эпоху Возрождения и позже началось постепенное возрождение городского хозяйства. В XVII-XVIII веках в крупных европейских городах (Лондон, Париж) стали появляться централизованные системы водоснабжения. Например, для снабжения фонтанов Версаля была создана сложнейшая по тем временам гидравлическая "машина Марли", поднимавшая воду из Сены.

XIX век и промышленная революция. Бурный рост городов в XIX веке обострил санитарные проблемы. Ужасающая антисанитария и вспышки холеры заставили власти вплотную заняться вопросами водоснабжения и канализации. Это время стало "золотым веком" для коммунального хозяйства. Появились новые технологии: паровые насосы для подачи воды, чугунные трубы, выдерживающие высокое давление, и, что самое важное, методы очистки воды, в частности, песчаные фильтры. В Лондоне после "Великого зловония" 1858 года под руководством инженера Джозефа Базальгетта была создана масштабная система канализации, спасшая город от эпидемий.

XX-XXI века. В XX веке водопровод стал неотъемлемой частью благоустроенного жилья в развитых странах. Ключевым нововведением стало обеззараживание воды хлором, что резко снизило заболеваемость инфекциями, передающимися через воду. Появились новые материалы для труб (сталь, медь, пластик), строились огромные водохранилища и мощные очистные сооружения. Сегодня перед инженерами стоят новые задачи: модернизация стареющей инфраструктуры, обеспечение доступа к чистой воде в развивающихся странах, внедрение энергосберегающих технологий и борьба с новыми видами загрязнений.

Ответ: История водопровода насчитывает тысячелетия, начиная с древних цивилизаций (Индская, Римская), которые строили акведуки и каналы, через упадок в Средневековье и возрождение в Новое время, до промышленной революции XIX века, когда в ответ на эпидемии были созданы централизованные системы с очисткой и обеззараживанием воды, которые легли в основу современных систем водоснабжения.