Обычно в комментариях к таким материалам начинают писать что-то из серии "а для кого это вообще, все ведь это и так знают!?" Но нет. Часто анализ самых простых процессов выявляет невероятно интересную физику, которая там запрятана. Да и есть те, кто только начинают изучать физику и для них это полезно.
Более того, вы можете полагать, что хорошо разбираетесь в вопросе и правильно анализируете процесс, но это лишь искажение вашего восприятия реальности. Примерно так происходит с физикой работы... простого насоса.
Когда мы говорим "насос качает воду", чаще всего представляем, что это именно насос всасывает жидкость, втягивая её внутрь. Но физика здесь хитрее.
Выкачать воду из закрытой трубы? Удачи...
Представьте себе обычную бытовую ситуацию - у вас есть водопровод. Это обычная труба, "запечатанная" наглухо с одной стороны (например, там кран или подключен насос) и открытая с другой. Мы хотим выкачать остатки воды из такой трубы, чтобы на морозе её не раскурочило. Для этого мы подключаем насос с открытого конца и пытаемся качать воду. Что на ваш взгляд произойдёт?
И на данном этапе вы поймёте, что не все сразу правильно отвечают на такой вопрос. А ответ простой и иногда интуитивный - насос не сможет практически ничего выкачать.
Насос действительно понижает давление в открытой части трубы и создаёт разрежение. Вот только толкать воду нечему. И вы можете полагать, что сам насос и будет толкать воду, но процесс будет интереснее. Он сможет повыталкивать воду рядом с собой, но остальная часть так и будет внутри трубы, потому что просто не подойдёт к самому насосу. На неё нечему нажать, а слой воды "разорвётся". Это мы и видим - насос выплюнет из трубы некоторое количество жидкости и будет качать в сухом режиме (и, может быть, даже сгорит)
В трубе нет атмосферного давления, которое могло бы "толкать" воду в сторону разрежения. Ведь поверхность воды закрыта в герметичной трубе и воздух туда не попадает. В итоге вода остаётся на месте: насос может создавать вакуум, но двигать жидкость ему нечем.
Такой насос работает только там, где на жидкость давит атмосфера. Именно поэтому его называют вакуумно-всасывающим (поверхностным) насосом
Для того, чтобы справиться с проблемой, достаточно выполнить простое действие - сделать отверстие с другой стороны трубы и пустить атмосферу внутрь.
И тут же напомню на всякий случай, что давление в жидкостях и газах распространяется равномерно во все стороны. Потому открытый кран на другой стороне трубы позволит атмосфере с её давлением забраться внутрь и поднажать на оставшуюся внутри воду, толкая её в сторону разрежения от насоса. На практике проблему можно было бы решить с помощью автоматического клапана, который открывается с обратной стороны водопровода при появлении разрежения. Они являются вполне стандартным изделием, правда не все умеют открывать доступ воздуха.
Как качается вода из колодца?
В открытом колодце всё работает также. Внутри колодца тоже есть столб атмосферы и он давит на поверхность воды. Если это поверхностный всасывающий насос, то он понижает давление в трубе, а снаружи на поверхность воды давит воздух весом в целую атмосферу (~100 кПа).
Именно это давление выталкивает воду вверх, в трубу, а насос лишь создаёт условия для движения. Насос не «тянет» воду, а атмосфера толкает её в зону разрежения.
Но у этого метода есть предел. При нормальном давлении воздуха вода не может подниматься выше 10,3 м. На практике рабочий предел всасывающих насосов - около 6–8 м. Это связано с тем, что сильнее атмосфера надавить не сможет.
Но есть и другой подход. В одних случаях вода поднимается вовсе не благодаря насосу, а за счёт давления атмосферы. В других - насос действительно толкает воду. Это нагнетательные (погружные, центробежные, шестерёнчатые и др.) насосы
Как правило так работают все погружные колодезные или скважинные насосы. Это не всасывающий насос, а толкающий или нагентательный.
Другой тип насоса, который всё это умеет
Он устроен иначе. Такой насос не зависит от атмосферы, потому что он не создаёт вакуума сверху, а просто толкает воду вверх за счёт работы крыльчатки или поршня. Погружные насосы работают как насосы нагнетательные - создают избыточное давление и выталкивают воду.
Именно поэтому погружной насос может качать воду даже из герметичной ёмкости или в условиях отсутствия атмосферы (например, в воображаемом колодце на Луне и да, самое время поспорить в комментариях был ли человек на Луне или нет). Тут же можно спросить - а почему в примере с трубой, который был в самом начале, не разместить именно такой насос? Хм, ну например по той причине, что ставить его пришлось бы в точке скопления жидкости, что не всегда получится и возможно.
Получается, что насос не всегда "тянет" воду сам. В случае поверхностных насосов всю работу делает атмосфера и ей помогает Паскаль, а сам насос лишь создаёт разрежение. Но если насос находится в самой жидкости, он уже становится толкающим устройством и работает независимо от давления воздуха. Эту физику полезно и важно пропустить через себя и тщательно проанализировать. Ведь интуиция порой опять подбрасывает нам поросёнка.
Хочется помочь проекту, но нет возможности купить премиум? Просто поставьте лайк 👍 и подписывайтесь на канал ✔️. Напишите комментарий и поделитесь статьёй с друзьями
