Объясните, страница 143 - гдз по физике 7 класс учебник Кронгарт, Даданбеков

Объясните

Почему нагнетательный насос не может поднять воду на высоту более 10 м?

Вопрос, по-видимому, касается всасывающей способности насоса, а не его нагнетательной части. Подъём воды с глубины с помощью насоса, установленного на поверхности, происходит за счёт атмосферного давления. Насос откачивает воздух из трубы, один конец которой опущен в воду. В результате давление воздуха внутри трубы падает. Внешнее атмосферное давление, действующее на поверхность воды в источнике (например, в колодце), становится больше, чем давление внутри трубы, и эта разница давлений «выдавливает» воду вверх по трубе.

Однако атмосферное давление имеет конечное значение. На уровне моря нормальное атмосферное давление составляет приблизительно 101 325 Паскалей. Это давление способно уравновесить столб воды только определённой высоты. Когда гидростатическое давление столба воды в трубе сравнивается с атмосферным давлением, подъём воды прекращается. Это физический предел, который не зависит от мощности насоса. Рассчитаем эту предельную высоту.

Дано:

Нормальное атмосферное давление $p_{атм} = 101325 \text{ Па}$

Плотность воды $\rho \approx 1000 \text{ кг/м}^3$

Ускорение свободного падения $g \approx 9.8 \text{ м/с}^2$

Найти:

Максимальную высоту подъёма воды $h_{max}$.

Решение:

Давление, создаваемое столбом жидкости, определяется формулой: $p_{ж} = \rho \cdot g \cdot h$. Максимальная высота подъёма $h_{max}$ достигается в идеальном случае (когда насос создаёт в трубе полный вакуум), и гидростатическое давление столба воды уравновешивает внешнее атмосферное давление:

$p_{атм} = \rho \cdot g \cdot h_{max}$

Из этой формулы можно выразить максимальную высоту:

$h_{max} = \frac{p_{атм}}{\rho \cdot g}$

Подставим значения:

$h_{max} = \frac{101325 \text{ Па}}{1000 \text{ кг/м}^3 \cdot 9.8 \text{ м/с}^2} \approx 10.34 \text{ м}$

Таким образом, теоретический предел высоты всасывания воды составляет около 10.3 метра. В реальных условиях эта высота ещё меньше (обычно 8–9 метров), так как невозможно создать абсолютный вакуум, а также существуют потери на трение и давление насыщенного пара воды, которое также уменьшает полезную разницу давлений.

Если же насос является погружным или если речь идет именно о нагнетании (когда насос толкает воду перед собой), то высота подъёма ограничивается только его мощностью и прочностью конструкции трубопровода, а не атмосферным давлением.

Ответ: Насос, работающий по принципу всасывания, не может поднять воду на высоту более 10 метров, потому что он использует для подъёма воды атмосферное давление. Силы атмосферного давления достаточно, чтобы уравновесить столб воды высотой не более примерно 10.3 метра. Выше этого предела атмосферное давление уже не способно «выдавить» воду по трубе.