Номер 4, страница 27 - гдз по физике 7 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. ТЗ-14. Сообщающиеся сосуды - номер 4, страница 27.

Условие.

4. Какое назначение имеют водонапорные башни в системе водопровода? Почему в верхних этажах зданий давление воды меньше, чем в нижних?

Решение.

Какое назначение имеют водонапорные башни в системе водопровода?

Водонапорные башни выполняют несколько ключевых функций в системе централизованного водоснабжения:

1. Создание и поддержание давления в сети. Основное назначение башни — обеспечить стабильный напор (давление) воды для потребителей. Вода закачивается насосами в большой резервуар, расположенный на значительной высоте. За счет этой высоты создается гидростатическое давление, которое и заставляет воду течь по трубам к домам и предприятиям. Высота столба воды в башне напрямую определяет давление в системе по формуле $p = \rho \cdot g \cdot h$, где $\rho$ — плотность воды, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $\text{h}$ — высота столба воды.

2. Регулирование расхода воды. Потребление воды в течение суток неравномерно: максимальное утром и вечером, минимальное — ночью. Водонапорная башня сглаживает эти пики. В часы низкого потребления (ночью) насосы работают, заполняя башню, а в часы пикового разбора вода поступает к потребителям не только от насосной станции, но и из накопленного в башне запаса. Это позволяет использовать насосы меньшей мощности и эксплуатировать их в более равномерном и экономичном режиме.

3. Создание резервного запаса воды. Резервуар башни хранит определенный объем воды, который может быть использован в случае временного отключения электроэнергии (и, соответственно, остановки насосов) или при возникновении аварии на водопроводе. Также этот запас крайне важен для обеспечения нужд пожаротушения.

Ответ: Водонапорные башни предназначены для создания стабильного давления в водопроводной сети за счет высоты водяного столба, а также для хранения запаса воды с целью выравнивания суточной неравномерности водопотребления и обеспечения резервного водоснабжения в случае аварий.

Почему в верхних этажах зданий давление воды меньше, чем в нижних?

Разница в давлении воды на разных этажах здания объясняется физическим явлением — гидростатическим давлением, которое создается столбом жидкости под действием силы тяжести.

Давление, создаваемое столбом жидкости, рассчитывается по формуле: $p = \rho \cdot g \cdot h$, где $\rho$ — плотность жидкости (воды), $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $\text{h}$ — высота столба жидкости.

Когда вода поступает в водопроводную систему здания, она имеет определенное давление на уровне ввода (обычно на уровне первого этажа или подвала). Обозначим это входное давление как $P_{вх}$. Чтобы вода достигла крана на определенном этаже, часть этого давления расходуется на преодоление силы тяжести, то есть на подъем воды на высоту этого этажа. Давление, которое "теряется" на подъем, равно гидростатическому давлению столба воды высотой $\text{h}$.

Таким образом, давление воды в кране на этаже, расположенном на высоте $\text{h}$ от точки ввода, будет равно:

$P_{эт} = P_{вх} - \rho \cdot g \cdot h$

Из этой формулы видно:

• Для нижних этажей высота подъема $\text{h}$ мала, поэтому из входного давления вычитается небольшая величина, и итоговое давление в кране остается высоким.
• Для верхних этажей высота подъема $\text{h}$ велика, соответственно, вычитаемая величина $(\rho \cdot g \cdot h)$ значительна, и итоговое давление в кране оказывается существенно ниже.

Ответ: Давление на верхних этажах меньше, так как часть общего давления в системе водоснабжения расходуется на подъем воды на большую высоту для преодоления силы тяжести. Чем выше этаж, тем больше высота водяного столба от точки ввода в дом, и тем больше потеря давления.