Манометри. Гідравлічні машини. Рідинні насоси.

Атмосферний тиск вимірюється барометром. А от для вимірювання тисків, більших або менших від атмосферного, використовують манометри (від грецьких слів «манос» - рідкий, щільний та «метрео» - вимірюю).

Манометри – це вимірювальні прилади, які призначені для вимірювання тиску або різниці тисків.

Манометри бувають: рідинні та металеві.

Рідинний манометр. Рівень рідини в сполучених посудинах залежить від зовнішнього тиску. Це явище використане для побудови рідинних манометрів — приладів для вимірювання тиску.

Рідинний манометр складається з металевого або дерев’яного вертикального корпуса, на якому закріплена U-подібна скляна трубка й шкала для вимірювання висоти рівня рідини в кожному коліні трубки.

За допомогою гнучкої трубки одне із колін манометра з'єднують з круглою плоскою коробочкою, затягнутою гумовою плівкою. Якщо тиск у лівому і правому колінах однаковий, то рідина встановлюється на одному рівні. Якщо натиснути на плівку, то рівень рідини в коліні манометра, з'єднаному з коро-бочкою, знизиться, а в іншому — на стільки само підвищиться. Пояснюється це тим, що при натисканні на плівку тиск повітря в коробочці підвищується. Цей надлишковий тиск передається рідині у відповідному коліні, і її рівень знижується. Зниження рівня в цьому коліні буде відбуватися до тих пір, доки надлишкова сила тиску не зрівноважиться вагою надлишкового стовпа рідини в другому коліні манометра. Тому за різницею висот стовпів рідини в манометрі можна бачити, наскільки тиск на плівку відрізняється від атмосферного.

Металевий манометр. Рідинний U-подібний манометр незручний для вимірів, тому що дозволяє одержувати значення тиску не відразу, а лише після деяких обчислень, крім того, рідину необхідно наливати до певного рівня. Із цієї причини в техніці набули поширення так звані металеві деформаційні манометри, що відразу показують вимірюваний тиск. В основі роботи деформаційного манометра лежить деформація (вигин) пружної дугоподібної трубки 1. За допомогою двох тяг 2 рух кінців трубки передається стрілці 3, що закріплена на осі 4. Кінець стрілки пересувається по шкалі 5. Трубка, стрілка й шкала поміщені усередину корпуса 6.

При збільшенні тиску газу усередині трубки її кінці розпрямляються й викликають зміщення стрілки вправо по шкалі. При зменшенні тиску під дією сил пружності, що діють у стінках трубки, стрілка зміститься у зворотному напрямку.

Шкала манометра проградуйована в Паскалях, кіло Паскалях або атмосферах (атм).

Гідравлічні машини. Механізми, що працюють за допомогою якої-небудь рідини, називаються гідравлічними.

Дію гідравлічних машин можна пояснити на основі закону Паскаля. Будь-яка гідравлічна машина складається з двох заповнених рідиною резервуарів (циліндрів), що сполучаються один з одним.

Якщо на поверхню рідини у циліндрі І через поршень площею S1 подіяти з якоюсь силою, вона спричинить на рідину тиск. Цей тиск за законом Паскаля передаватиметься рідині у циліндрі II без зміни. Тиск у циліндрі II буде такий самий. Щоб рідина, була у стані рівноваги, на поршень II має діяти така сила,

щоб створений нею тиск дорівнював:

p=F₁/S₁;    отже   F₂=p*S₂ ;       p=F2/S₂ ;    звідси     F₁/F₂=S₁/S2.Сили, щодіють на поршні прямопропорційні їх площам.

Виграш у силі за допомогою гідравлічної машини. Якщо тиснути на поршень І із силою F1, він опуститься на висоту h1 і витіснить з циліндра І деякий об'єм рідини V1=h1 * S1.

Причому, враховуючи нестисливість рідини, зокрема води, об'єм рідини під більшим поршнем II зросте на таке саме значення V2 = V1 і поршень II підніметься і на висоту h2 (V2=h2*S2)

Звідси h1 * S1 = h2 * S2.

Або h1/h2=S2/S1. Оскільки F₁/F₂=S₁/S2 та  h1/h2=S2/S1 то F₁/F₂= h2/h1.

Отже гідравлічна машина дає виграш у силі у стільки разів, у скільки разів програє у відстані.

Насоси. Першими гідравлічними машинами, що застосовувалися ще в давнину, були насоси для подачі води у водопроводи й фонтани. Підняття рідини за поршнем лежить в основі роботи всмоктувальних насосів, що піднімають воду з колодязів.

Насос, схематично зображений на рисунку, складається із циліндра, усередині якого ходить угору й униз припасований до стінок поршень 1.

У нижній частині циліндра й у самому поршні встановлені клапани 2, що відкриваються тільки нагору. Під час руху поршня нагору вода під дією атмосферного тиску входить у трубу, піднімає нижній клапан і рухається за поршнем.

Запитання на закріплення.

1.     Чому у відкритому манометрі рівні однорідної рідини в обох колінах однакові?

2.     За яким принципом влаштований і діє металевий манометр?

3.     Які фізичні закони лежать в основі дії гідравлічної машини?

4.     За якої умови гідравлічна машина дає виграш у силі?

5.     Яке явище використовують у пристрої поршневого водяного насоса?

6.     Чим обмежується висота підняття рідини у всмоктувального насоса?

7.     Поясніть принцип дії насоса, схема якого зображена на рисунку. Що відбудеться при переміщенні поршня вгору? Униз?