Давление воды в водопроводе и шлюзах
⚡ Физика · 7 класс
Давление воды на службе человека
Знание о давлении жидкости человек широко применяет в технике и быту. На нём основаны работа водопровода, водонапорных башен и шлюзов. Во всех этих устройствах используется зависимость давления жидкости от высоты её столба.
Вода в кране на верхнем этаже течёт слабее, чем на нижнем. Причина — разная высота столба воды над краном, а значит, и разное давление. Это легко заметить в многоэтажном доме.
Водонапорная башня
Воду закачивают насосом в большой бак, поднятый на высоту. Чем выше расположен бак, тем больше давление воды в трубах внизу. Это давление и заставляет воду подниматься в дома и течь из кранов даже тогда, когда насос временно не работает.
Давление столба воды: p = ρ · g · h
Бак на высоте h = 20 м, ρ = 1000 кг/м³, g = 10
p = 1000 · 10 · 20 = 200000 Па = 200 кПаПравило: вода в сообщающихся трубах поднимается до уровня воды в баке, поэтому башню делают выше самых высоких домов района.
Шлюзы на реках и каналах
Шлюз — это устройство, позволяющее судам переходить с одного уровня воды на другой, например обходить плотину. Камеру шлюза заполняют водой или сливают из неё воду, и судно плавно поднимается или опускается вместе с уровнем воды. Так корабли преодолевают перепады высот на реках и каналах.
| Устройство | Назначение | Основа работы |
|---|---|---|
| Водонапорная башня | подача воды в дома | давление столба воды |
| Шлюз | проводка судов | выравнивание уровней |
| Водопровод | доставка воды | сообщающиеся сосуды |
| Фонтан | струя воды вверх | напор из высокого источника |
Почему верхним этажам не хватает напора
В высоких зданиях столб воды над верхними этажами мал, поэтому давление там низкое и вода течёт слабо. Чтобы поднять воду выше, ставят дополнительные насосы, которые повышают давление в трубах. Старинные фонтаны работали без насосов: воду брали из источника, расположенного выше фонтана, и её собственный напор поднимал струю вверх.
Как работает шлюз по шагам
Когда судно идёт вверх по реке к более высокому уровню, оно входит в нижние ворота шлюза. Ворота закрывают, и в камеру постепенно впускают воду. Уровень воды в камере поднимается, а вместе с ним всплывает и судно. Когда уровень сравняется с верхним, открывают верхние ворота, и судно спокойно выходит. При движении вниз всё происходит наоборот: воду из камеры сливают, и судно опускается.
Сообщающиеся сосуды в основе
Водопровод устроен по принципу сообщающихся сосудов: вода в соединённых трубах стремится установиться на одном уровне с источником. Поэтому в баке водонапорной башни и в трубах нижних этажей уровни связаны, и именно высота бака задаёт напор во всей сети. Эта простая идея лежит в основе снабжения водой целых городов.
Частые ошибки: думают, что напор зависит от толщины трубы, а не от высоты источника; забывают, что вода поднимается лишь до уровня источника; путают давление и расход воды.
Кратко о главном
- Работа водопровода и башен основана на давлении столба воды.
- Давление считают по формуле
p = ρ · g · h. - Шлюзы переводят суда между уровнями, выравнивая воду.
- На верхних этажах напор слабее из-за малой высоты столба воды.