Вода под давлением

Откуда же у воды эта колоссальная сила?

Надавим пальцем на небольшой булыжник. На нём не образуется ни малейшей вмятины. А в воду палец погрузится без всякого нажима. Кто знаком с физикой, сможет объяснить: нашей силы оказалось недостаточно, чтобы сжать камень. Вода же и не сжималась. Она лишь раздвинулась, вытеснилась пальцем и заняла новое место; при этом её уровень в сосуде повысился.

Значит ли это, что вода «слабее» камня?

В физической лаборатории можно произвести такой опыт: камень и примерно такой же объём воды попробовать сжать в мощном прессе. Надо воду налить в очень прочный стальной стакан и давить на её поверхность поршнем.

При определённой силе давления камень начнёт сжиматься, а затем крошиться, разрушаться. С водой же ничего не случится, если даже на неё давить с силой во много раз большей. При огромном давлении — около 10 000 тысяч атмосфер — вода сожмётся лишь на одну шестую часть своего объёма.

Этим свойством воды широко пользуются в технике, например в устройствах гидравлических прессов и подъёмников.

Плотной струёй воды, выбрасываемой из особых водяных пушек — гидромониторов, дробят пласты угля и торфа, гасят пламя пожаров. Специальные суда — земснаряды, используя силу воды, размывают природные грунты (песок, глину, гравий и др.), перекачивают их по трубам и в короткий срок намывают гигантские плотины, дамбы и т.п.

Огромная сила воды проявляется и при её охлаждении. Как действует холод на большинство веществ? Они сжимаются, становятся меньше по объёму. Это явление всегда учитывается при строительстве зданий, линий электропередач и т.п.

У воды — иное свойство. Когда она превращается в лёд, то расширяется, занимает больший объём. Вода, замёрзшая в горных расщелинах, легко раскалывает прочнейшие каменные массивы. Много раз бывало, что корпуса больших кораблей, вмёрзшие в полярные льды, раздавливались, как хрупкие скорлупки.

Источник: «Природа — мудрый конструктор» К. Курденков, Ю. Юркан. 1967 г.

Способы подачи смазочно-охлаждающих жидкостей и их особенности

Именно этим в первую очередь определяется результативность выполняемых работ. Помимо того, правильное поступление СОЖ позволяет повысить качество обработки металлов, использовать смазку с максимальной рациональностью и увеличить производительность выполняемых работ.

Подача смазочно-охлаждающей жидкости в зону обработки металла осуществляется в каждом станке при помощи специальной системы, все комплектующие которой доступны к продаже в компании //loclinerus.ru. СОЖ качается наносом и поступает к месту выполнения обработки под давлением. Затем она поступает в требуемую зону одним из следующих путей:

  • с использованием патрубка – струя жидкости поступает к месту обработки непрерывно в форме падающей струи, омывая всю обрабатываемую деталь;
  • путем распыления – жидкость подается в форме мелких капелек, по этой причине данный способ зачастую именуют «охлаждение туманом»;
  • сквозь поры шлифовального круга – брызги СОЖ разлетаются по его радиусу и попадают на края;
  • подача жидкости под напором при помощи определенного числа сопел.

У каждого из перечисленных способов есть свои достоинства и недостатки. Подача жидкости свободно падающей струей преимущественно применяется при шлифовке металлов, легко поддающихся обработке в мелкосерийном или единичном производстве. Чаще всего данный способ применяется для углеродистых закаленных сталей.

Подача жидкости под давлением обеспечивает увеличение отвода тепла и улучшение физико-химических свойств подвергаемых обработке детали. При этом вероятность возникновения трещин и прижогов минимизируется. Именно по этой причине данный способ используется в тех случаях, когда к обработке предъявляются особо высокие требования. Однако надо принимать во внимание тот факт, что при такой подаче происходит сильное разбрызгивание СОЖ, в связи с чем возникает необходимость в применении специальных устройств.

Самым эффективным методом считается подача жидкости путем распыления, поскольку при его использовании в рабочую зону попадают не только капельки СОЖ, но и воздух. Это улучшает протекание окислительных процессов.

Подача жидкости через поры шлифовального круга повышает его устойчивость, обеспечивает его непрерывное омывание и качественное смывание с него частичек металла. Хотя данный способ является высокоэффективным, он применяется редко из-за вероятной вибрации вследствие неравномерной прокачки СОЖ. Обычно его используют при проведении шлифовальных работ.

Если до бесконечности сжимать воду, она сожмется или перестанет быть водой?

«До бесконечности» ничего совершать невозможно. Даже Земля не может вращаться вокруг Солнца до бесконечности. А само Солнце не может до бесконечности светить. А что будет с водой, если в замкнутом объеме на нее оказывать давление? Она начнет сжиматься, как и все тела (конечно. сжимаемость воды намного меньше, чем, например, сжимаемость газов). Посмотрим на диаграмму состояния воды (вернее, вещества Н2О), которую привел В.А.Топоров. Начнем с комнатной температуры (300 К) и атмосферного давления (1000 Па) и будем при этой температуре увеличивать давление. Вода начнет понемногу сжиматься (коэффициент сжимаемости воды и других жидкостей и твердых тел можно посмотреть в таблице http://infotables.ru­/fizika/299-szhimaemo­st-elementov-i-zhidko­stej-tablitsa

Когда давление превысит миллиард паскалей (примерно миллион атмосфер) вода перейдет в другую модификацию — лед-VI. При дальнейшем повышении давления он начнет переходить в другие виды льда, которые отличаются строением кристаллической решетки. При давлении выше 70 млн атмосфер получается тяжелый лед-10 плотностью 2,5 г/см3. Но состояние вещества при таких высоких давлениях изучено недостаточно.

Физические основы водолазных спусков

Учебное пособие

Водолазное дело

Атмосферный воздух и его свойства. Слой воздуха, окружающий земной шар, называется атмосферой. Чем выше от земной поверхности, тем плотность воздуха меньше.

Атмосферный воздух является смесью газов. Один литр его весит 1,29 г при атмосферном давлении и температуре 15°С.

Помимо перечисленных газов, в воздухе содержатся водяные пары, количество которых непостоянно.

Азот — в обычных условиях нейтральный для организма газ. Он бесцветен, не имеет запаха и вкуса, не горит и не поддерживает горения. Один литр азота весит 1,25 г, плотность его равна 0,967. В организме человека при нормальном атмосферном давлении растворено около одного литра азота.

Кислород — важнейший для человека газ. Без пего жизнь на Земле невозможна. Кислород не горит, нo поддерживает горение. В чистом виде он огнеопасен. Один литр кислорода весит 1,43 г. Для дыхания применяется чистый медицинский кислород (98,99%).

Углекислый газ — наиболее тяжелый из всех газов. Один литр его весит 1,96 г. Плотность равна 1,529 г. При парциальном давлении 0,03 ата, что соответствует 3% в воздухе, углекислый газ действует на организм отравляюще.

Измерение атмосферного давления. Воздух своим весом давит на землю и предметы, находящиеся на ней. Первым, кто определил величину атмосферного давления, был итальянский ученый Торичелли (в XVII веке). Для этого он использовал длинную стеклянную трубку с площадью сечения в 1 см2, запаянную на одном конце и заполненную ртутью.

Опустив незапаянный конец трубки в открытый сосуд с ртутью, он заметил, что последняя в трубке опустилась только до определенного уровня. Ниже она не пошла, так как этому препятствовало давление воздуха на ртуть в сосуде. При замере оказалось, что высота ртутного столбика в трубке равнялась 760 мм, а вес ее 1,033 кг (рис. 2). Таким образом было определено, что у поверхности земли на уровне моря атмосферное давление равно 760 мм рт. ст., что соответствует давлению с силой в 1,033 кг на 1 см2 или 10,33 м вод. ст. Такое давление называется атмосферным, нормальным или барометрическим и обозначается атм. Это — атмосфера физическая.

Рис. 2. Атмосферное давление воздуха

В практике для удобства расчетов за единицу давления принята техническая атмосфера, которая равняется давлению 1 кг на 1 см2 площади. Обозначается она ат.

Давление воды на водолаза. Выше мы уже говорили, что, погружаясь под воду, человек испытывает не только давление атмосферного воздуха, но и воды. При погружении на каждые 10 м давление увеличивается на 1 ат. Такое давление называется избыточным и обозначается ати.

Суммарное (абсолютное) давление воды и воздуха на водолаза. Под водой на водолаза действует как атмосферное, так и избыточное давление столба воды.

Суммарное их давление называется абсолютным давлением и обозначается ата. Например, на глубине 10 м водолаз находится под давлением 2 ата (1 ати+1 ат), на глубине 50 м — 6 ата и т. д.

Сжимаемость и упругость газов. Газы состоят из частиц, находящихся в непрерывном движении. Молекулы газа ничтожных размеров, но занимают большой объем. Сила притяжения между отдельными молекулами газа значительно меньше, чем в жидкостях или твердых телах. Газы не имеют постоянного объема и принимают форму и объем сосуда, в котором они находятся.

В противоположность жидкостям, газы способны расширяться, а под давлением сжиматься, уменьшая при этом свой объем и повышая упругость.

Взаимоотношения между объемом и давлением газов устанавливает закон Бойля-Мариотта, который гласит, что объем, занимаемый газом, изменяется обратно пропорционально давлению, воздействующему на него при постоянной температуре. Произведение объема газа (V) на соответствующее давление (Р) при постоянной температуре не изменяется PхV=const.

Haпpимep, если взять 2 л газа под давлением в 2 ата и изменять это давление, то объем будет изменяться следующим образом:

Иными словами, во сколько раз увеличивается давление, во столько же раз уменьшается объем газа, и наоборот.

Значение этого закона имеет (практическое значение. Он объясняет, почему расход воздуха для дыхания возрастает с увеличением глубины (погружения. Если на поверхности водолаз расходует 30 л атмосферного воздуха в минуту, то на глубине 20 м этот воздух сжат до 3 ата, что уже соответствует 90 л воздуха. Расход фактически увеличивается в три раза.

Пользуясь этим законом, можно произвести необходимые расчеты, связанные с водолазными спусками.

Пример расчета:

Определить сколько литров сжатого воздуха получает водолаз, находящийся под давлением в 4 ати по манометру, если ему подается 150 л свободного воздуха в минуту?

По закону Бойля-Мариотта Р1 • V1 = P2 • V2.

В примере

Эти расчеты верны только для постоянной температуры. На практике приходится учитывать изменения объема и давления при различных температурах. Зависимость объема и давления воздуха от его температуры определяется законом Гей-Люссака, который гласит, что изменение объема газа при постоянном давлении прямо пропорционально температуре нагрева. Изменение давления газа при постоянном объеме также прямо пропорционально температуре нагрева.