Номер 6, страница 68 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 2. Механические свойства жидкостей, газов и твёрдых тел. Параграф 17. Свойства твёрдых тел. Темы докладов и проектов - номер 6, страница 68.

Условие.

6. Изготовление модели шлюза.

Решение.

6. Изготовление модели шлюза.

Модель шлюза — это наглядное пособие, демонстрирующее принцип работы гидротехнического сооружения, предназначенного для подъема и спуска судов между двумя участками воды с разными уровнями. Создание такой модели позволяет понять основные физические принципы, лежащие в основе шлюзования.

Цель проекта:
Собрать действующую модель шлюза и продемонстрировать на ней процесс перемещения судна с одного уровня воды на другой (например, с нижнего бьефа на верхний и обратно) с помощью шлюзовой камеры и системы управления уровнем воды.

Необходимые материалы и инструменты:
* Камера шлюза: прозрачный пластиковый контейнер (например, пищевой или небольшой аквариум), разрезанная вдоль большая пластиковая бутылка. Прозрачность важна для наглядности процесса.* Ворота: два комплекта ворот (для верхнего и нижнего бьефов) из плотного пластика, тонкой фанеры или водостойкого картона.* Крепления и уплотнители: маленькие петли, водостойкий клей, силиконовый герметик для обеспечения герметичности.* Система наполнения/осушения: гибкие трубки или соломинки для коктейля, зажимы или пробки для них.* Модель судна: небольшой игрушечный кораблик, кусочек пенопласта или пробки.* Резервуары для воды: две емкости, имитирующие верхний и нижний уровни воды (бьефы).* Инструменты: ножницы, канцелярский нож, линейка, маркер.

Пошаговая инструкция по изготовлению и демонстрации:

1. Создание камеры шлюза. Основой модели служит прямоугольный контейнер. Это и будет шлюзовая камера, в которой будет находиться судно во время шлюзования.

2. Изготовление ворот. Вырежьте два комплекта ворот. Они должны плотно входить в торцы камеры. Высота ворот должна быть больше максимального уровня воды. Для большей реалистичности ворота можно сделать двустворчатыми и клиновидными (смотрящими острием против течения), так как давление воды будет плотнее их прижимать и герметизировать.

3. Установка ворот. Прикрепите ворота к камере с помощью петель и водостойкого клея. Тщательно обработайте все стыки герметиком, чтобы избежать протечек. Убедитесь, что ворота могут свободно открываться и закрываться.

4. Создание системы водоводов. Проделайте в камере или непосредственно в воротах небольшие отверстия для впуска и выпуска воды. Вставьте в них трубки. Эти трубки будут имитировать водопропускные каналы (галереи), через которые камера наполняется и осушается.

5. Сборка установки. Расположите модель шлюза между двумя резервуарами. Один резервуар (верхний бьеф) должен быть расположен выше другого (нижний бьеф). Соедините верхний резервуар трубкой с впускным отверстием шлюза, а выпускное отверстие — трубкой с нижним резервуаром.

Демонстрация работы шлюза (подъем судна):
1. Исходное состояние: уровень воды в камере соответствует нижнему бьефу, верхние ворота закрыты, нижние открыты.
2. Модель судна заходит в камеру шлюза из нижнего бьефа.
3. Нижние ворота закрываются.
4. Открывается клапан (убирается зажим с трубки), соединяющий камеру с верхним бьефом. Камера начинает плавно наполняться водой.
5. Когда уровень воды в камере сравняется с уровнем верхнего бьефа, процесс наполнения останавливается. Давление воды с обеих сторон на верхние ворота выравнивается, $P_{\text{внутри}} = P_{\text{снаружи}}$.
6. Верхние ворота открываются.
7. Судно выходит из камеры в верхний бьеф.

Демонстрация работы шлюза (спуск судна):
Процесс происходит в обратном порядке. Судно заходит в камеру из верхнего бьефа, верхние ворота закрываются, вода из камеры спускается в нижний бьеф через выпускной водовод до выравнивания уровней, после чего открываются нижние ворота, и судно выходит в нижний бьеф.

Физический принцип:
Работа шлюза основана на законе сообщающихся сосудов. Шлюзовая камера, поочередно соединяясь с верхним и нижним бьефами, позволяет выровнять уровень воды внутри себя с соответствующим бьефом. Это позволяет плавно поднимать или опускать судно, находящееся в камере, вместе с водой. Сила давления воды $F = p \cdot S$, где $\text{p}$ — гидростатическое давление ($p=\rho g h$), а $\text{S}$ — площадь ворот, помогает герметично закрывать ворота, направленные "клином" против течения, так как давление со стороны более высокого уровня воды всегда больше.

Ответ: Для изготовления модели шлюза необходимо создать герметичную камеру с двумя парами открывающихся ворот, а также систему трубок для ее контролируемого наполнения водой из верхнего резервуара и слива воды в нижний резервуар. Принцип работы модели основан на законе сообщающихся сосудов: выравнивая уровень воды в камере с уровнем верхнего или нижнего бьефа, можно поднимать или опускать находящийся в ней объект (модель корабля) вместе с водой.