Номер 465, страница 64 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Вес воздуха. Атмосферное давление - номер 465, страница 64.

Условие.

465. Куда легче двигать поршень (рис. 73) — вверх или вниз? Почему? Будут ли работать в состоянии невесомости поршневые насосы; ртутные манометры?

Рис. 73

Решение.

Куда легче двигать поршень (рис. 73) — вверх или вниз? Почему?

Легче двигать поршень вверх. Это объясняется силами, которые необходимо преодолевать при каждом движении. Когда поршень движется вверх, происходит всасывание жидкости. Для этого в цилиндре необходимо создать разрежение, чтобы внешнее (чаще всего атмосферное) давление заставило жидкость поступить в насос. Сила, которую нужно приложить, противодействует силе атмосферного давления, давящей на поршень сверху, и весу самого поршня. Величина этой силы в основном определяется высотой всасывания (расстоянием от уровня жидкости в источнике до насоса). Эта высота принципиально ограничена величиной атмосферного давления и для воды не может превышать примерно 10 метров.

Когда поршень движется вниз, происходит нагнетание: жидкость выталкивается из цилиндра в напорный трубопровод. Сила, которую нужно приложить, должна преодолеть давление в этом трубопроводе. Это давление зависит от высоты, на которую подается жидкость, и, в отличие от высоты всасывания, может быть очень большим. На практике насосы обычно располагают близко к источнику жидкости, поэтому высота всасывания мала, а высота нагнетания может быть значительной. Следовательно, сила, необходимая для движения поршня вниз, как правило, больше силы, необходимой для его подъема.

Ответ: Легче двигать поршень вверх, так как ход всасывания (вверх) преодолевает меньшую разность давлений, чем ход нагнетания (вниз).

Будут ли работать в состоянии невесомости поршневые насосы; ртутные манометры?

Поршневые насосы в состоянии невесомости работать будут. Их принцип действия основан на создании разности давлений путем изменения объема рабочей камеры (цилиндра). Этот процесс не зависит от силы тяжести. Однако для работы насоса в невесомости необходимо обеспечить подачу жидкости ко входу насоса (например, из герметичного бака под давлением) и убедиться, что клапаны насоса могут функционировать без действия силы тяжести (например, если они подпружиненные, а не свободно-лежащие).

Ртутные манометры в состоянии невесомости работать не будут. Принцип их действия основан на уравновешивании измеряемого давления весом столба жидкости (ртути). Давление, создаваемое столбом жидкости, рассчитывается по формуле $p = \rho g h$, где $\rho$ — плотность жидкости, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $\text{h}$ — высота столба. В состоянии невесомости $g = 0$, следовательно, и давление, создаваемое столбом ртути, будет равно нулю при любой его высоте. Таким образом, прибор не сможет измерить никакое давление.

Ответ: Поршневые насосы в невесомости работать будут (при выполнении определенных условий), а ртутные манометры — нет.