Давление воды по высоте сосуда
Справочно: Зависимость плотности воды от температуры | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Источник
Что это такое?
В сосуде, заполненном водой, на дно давит сила, равная весу столба жидкости. Это вызванное силой тяжести давление называется гидростатическим.
Оно определяется отношением силы к площади, то есть его физический смысл – это сила, действующая на единицу площади (см2).
Законы гидростатики описал Блез Паскаль. В 1648 г. он удивил горожан опытом, демонстрирующим свойства воды.
Вставив в бочку, заполненную водой, длинную узкую трубку, он налил в нее несколько кружек воды, и бочку разорвало.
Согласно закону Паскаля, приложенное к H2O усилие распространяется равномерно во всем объеме. Это объясняется тем, что вода почти не сжимается. В гидравлических прессах используют это свойство.
Плотность воды все же растет при высоком давлении. Это учитывается при расчетах конструкций глубоководных аппаратов.
Факторы, влияющие на показатель
При отсутствии внешнего воздействия, играют роль два фактора:
- высота столба;
- плотность.
Выше уровень воды, налитой в сосуд, — выше напор на дно. Если в одной емкости ртуть, а в другой вода и при этом уровни жидкостей одинаковы, то в первом случае давление на дно больше, так как ртуть имеет большую плотность.
Сверху на содержимое сосуда давит также атмосферный воздух. Поэтому в сообщающихся сосудах уровень одинаков, ведь в каждом из них над поверхностью атмосфера одна и та же.
Если же к поверхности приложить поршень и давить на него, то напор будет складываться из:
- внешней силы;
- веса воды.
При этом форма сосуда не определяет размер усилия, создаваемого столбом. Оно будет одним и тем же при равной высоте столба, хотя стенки емкости могут расширяться кверху или сужаться.
На дно и стенку сосуда – в чем разница?
Вода, заполняющая емкость, оказывает давление по направлению всегда перпендикулярно поверхности твердого тела, по всей площади соприкосновения с дном и стенками.
Усилие на дно распределено равномерно, то есть оно одинаково в любой точке. Заполнив водой сито, можно увидеть, что струи, текущие через отверстия, равны по напору.
Наполнив сосуд, имеющий отверстия одного диаметра в стенках на разной высоте, можно наблюдать различный напор вытекающей струи. Чем выше отверстие – тем слабее струя. То есть, давление на стенки емкости тем больше, чем ближе ко дну.
Единицы измерения
Давление воды измеряют в:
- паскалях – Па;
- метрах водяного столба – м. в. ст.
- атмосферах – атм.
Практически достаточно знать, что 1 атмосфера равна 10 метрам водяного столба или 100000 Па (100кПа).
Формулы расчета
Давление на дно сосуда рассчитывается делением силы на площадь, то есть оно равно произведению плотности воды, высоты столба и ускорения свободного падения g (величина постоянная, равна 9,8 м/с2).
Пример расчета: бак наполнен водой (плотность 1000 кг/м3) до высоты 1,2 м. Нужно найти, какое давление испытывает дно бака. Решение: P = 1000*1, 2*9, 8 = 11760 Па, или 11, 76 кПа.
Для расчета давления на стенки сосуда применяют все ту же формулу напора, приведенную выше. При расчете берется глубина от точки, в которой нужно рассчитать напор, до поверхности воды.
Пример расчета: на глубине 5 м на стенку резервуара с водой будет оказываться давление P=1000 *5 * 9, 8=49000 кПа, что составляет 0,5 атмосферы.
Расчет давления воды на дно и стенки сосуда в видео:
Применение на практике
Примеры использования знаний свойств воды:
- Подбирая насос для водоснабжения дома высотой 10 м, понимают, что напор должен быть минимум 1 атм.
- Водонапорная башня снабжает водой дома ниже ее по высоте, напор в кране у потребителей обеспечен весом столба воды в баке.
- Если в стенках бочки появились отверстия, то, чем ниже они расположены, тем более прочным должен быть материал для их заделки.
- Замеряют дома напор холодной воды в кране манометром. Если он менее чем 0,3 атм (установлено санитарными нормами), есть основания для претензий к коммунальщикам.
Используя гидравлический пресс, можно получить большое усилие, при этом приложив малую силу. Примеры применения:
- выжимка масла из семян растений;
- спуск на воду со стапелей построенного судна;
- ковка и штамповка деталей;
- домкраты для подъема грузов.
Заключение
Такие свойства воды, как текучесть и несжимаемость, дают возможность использовать силу ее давления для самых различных целей.
Опасность этого явления учитывают при расчетах на прочность корпусов подводных лодок, стенок и днищ резервуаров, в которых хранят воду. Сила давления воды совершает полезную работу, она же способна и разрушать.
А какова Ваша оценка данной статье?
Источник
Низкое давление в водопроводе, вызванное такой причиной, как слабый напор на входе, возникает по вине водоканала. Несвоевременный ремонт и засорение труб могут снизить давление при нормальной подаче, а ошибки при разводке труб внутри жилого помещения не обеспечат правильную раздачу воды. В зависимости от причины возникшей проблемы ее должны устранить сами жильцы, управляющая компания или муниципальные водосети.
Для чего нужно знать
Манометр
Знание стандартов организации водоснабжения позволяет не только фиксировать отклонения от нормативных показателей, но и правильно планировать внутренние коммуникации. Использовать информацию о напоре можно в следующих целях:
- контроль качества услуг водоснабжения, предоставляемых водоканалом и обслуживающей многоэтажное жилое здание компанией;
- избежание порчи оборудования при сверхнормативном или слишком низком давлении в трубах;
- расчет изменений системы для подключения приборов с высоким потреблением воды.
Проконтролировать напор позволяет манометр. Их размещают в месте перехода городских сетей и внутридомовых коммуникаций. Подключить устройство для самостоятельного измерения давления можно в месте перехода трубы на гибкую подводку или к шлангу душа.
Чем регламентируются
Порядок регулирования параметров водопроводных систем в малоэтажных и высотных многоквартирных домах относится к строительной сфере и описан в нормах и правилах, разработанных Госстроем СССР в 1985 г. и в дальнейшем дополненных. Краткое наименование документа – СНИП 2.04.01-85, он характеризует организацию внутреннего водопровода и канализации в жилых и административных постройках различной этажности.
В многоквартирном доме
Особенности организации подачи холодной и горячей воды в здания связаны с выбором правильных значений давления в месте подключения и устройством системы трубопроводов, чтобы обеспечить нормальный поток в верхней части дома и исключить избыточный напор в подвале и на первых этажах. Равномерное течение воды в трубах по всей высоте здания обеспечивается дополнительной регулировкой.
Схема водоснабжения в многоквартирном доме
Правильно рассчитать схему водоснабжения можно на основании следующих показателей:
- высота этажа и их количество в здании: при отклонении высоты по перекрытиям от нормативных 4 м, расчет должен проводиться с учетом фактических параметров;
- минимальное давление для сооружений подобного типа: для жилых домов – 1 атм., к производственным и складским помещениям применяются особые требования;
- дополнительная информация о запланированном сверхнормативном потреблении, например, размещение бассейна на цокольном этаже.
В результате расчетов входного давления и его распределения по высоте получают требования к организации трубопроводов, их диаметрам и средствам регулировки для обеспечения нормативных значений входного потока.
В частном доме
Схема водоснабжения в частном доме
Оптимальное распределение давления в частном доме низкой этажности – более простая задача, чем проектирование трубопроводной системы в многоэтажке. Расчет делается при закладке фундамента. Если здание выше 20 м и водопровод планируется организовать по всей высоте, необходим расчет потребления по аналогии с проектированием многоэтажного дома.
Если помимо бытового потребления планируется строительство бани с бассейном или работа устройства автоматического орошения, следует учесть дополнительный расход воды на эти цели.
Точные цифры по нормативам СНиПа
Норматив для входящего потока установлен в диапазонах:
- Для подачи горячей воды – 0,3÷4,5 атм.;
- Для холодного водоснабжения – 0,3÷6 атм.
Максимальное значение может наблюдаться на нижних этажах и требует регулировки, чтобы не повредить подключенную санитарную и бытовую технику. Важным фактором помимо напора является температура. Слишком большой нагрев может вызвать повреждение и ранний износ трубопроводных систем.
При каких значениях нормально функционирует техника
Скорость подачи воды в водопроводной сети должна обеспечивать бесперебойное функционирование сантехники и потребляющей воду бытовой техники. Большинство устройств спроектированы для минимального расчетного давления 0,2 атм., однако для качественной работы требуется больший напор.
Бытовая техника требует следующих показателей:
- для стиральных машин оптимальное давление – 2 бара, хотя они могут работать при более низких значениях за счет специальных клапанов;
- работоспособность машин для мытья посуды обеспечивается при поступлении воды в систему с усилием не ниже 1,5 бара.
Специфические требования к водообеспечению можно найти в описании бытовой техники, производитель может установить повышенные нормативы для входящего потока. Минимальные требования к поступлению воды предъявляет классическая сантехника – для унитаза и смесителей в раковине достаточно 0,2 атмосферы.
Для полноценного потребления
Если напор воды в кране в норме, большинство бытовых сантехнических приборов будут функционировать нормально, даже если давление незначительно превышает нижнюю границу стандарта. При этом нормальную работу и долгий срок службы сложной техники можно обеспечить только при следующих значениях:
- джакузи и гидромассажная ванна – от 2 бар;
- система полива – 3,5 бара.
Понятие полноценного потребления предусматривает одновременное подключение всей сантехники и приборов.
Это возможно, если суммарный напор составляет 2 атм. и выше. Стабильная работа будет обеспечена при значениях от 4 бар.
Опасность излишне сильной подачи
Если давление превышает рабочее, в системе водоснабжения может появиться механическое напряжение на стыках труб и в местах подключения бытовой техники, в результате чего возможны разрывы и протечки. Защитить оборудование от негативного воздействия избыточного напора можно, установив регулирующие давление редукторы. Дополнительные меры требуются, если скорость потока в подводящей системе нестабильна, наблюдаются резкие скачки и падение давления.
Особенности автономных водопроводов
Автономная система не подсоединяется к магистралям водоканала, независимая добыча воды организована из подземных пластов через скважину. Давление при этом ниже, чем в водоканале, а при отсутствии нужного напора распределение потока на бытовые нужды и полив растений на участке может стать проблемой. Обеспечить равномерный поток воды можно, воспользовавшись рекомендациями:
- учесть потребность в водных ресурсах из скважины для технических нужд, включая полив огорода;
- установить насос, гарантирующий давление не менее 3-4 атм. в подающей трубе;
- контролировать уровень напора, чтобы своевременно реагировать на его снижение.
Ответственность за эксплуатацию скважины, принадлежащей частному владельцу, возлагается на собственника.
Как узнать давление воды в квартире
2 основных метода определения силы потока в домашней сети самостоятельно:
- При помощи манометра, подключенного к гибкому шлангу душа.
- Оценив объем воды, вытекающей из полностью открытого крана в минуту или другой временной период.
Показания прибора должны соответствовать цифрам из СНиПа, при визуальной оценке емкость объемом 3 л должна наполняться меньше, чем за 7 секунд.
Как определить, кто виноват в слабой подаче
Причиной недостаточного напора воды в системе могут быть:
- неисправность сантехники (засор в трубках смесителя, неполадки системы слива в унитазе);
- налет в трубах, препятствующий нормальному потоку;
- засорение фильтров;
- неправильный подбор диаметров трубопроводов внутри помещения;
- потери на магистрали, приводящие к снижению давления воды на вводе в жилое здание.
Проблемы, возникшие внутри помещения, должен решать собственник, вне зависимости от того, проживает он постоянно на этой жилплощади или нет. Если же поток в трубах на этаже ниже установленного государственными стандартами, устранение проблемы находится в зоне ответственности управляющей компании. За подачу по магистральным водопроводам отвечает водоканал.
В частном доме с централизованным водоснабжением граница ответственности между собственником и водоканалом проходит на входе в здание. Если забор воды производится из скважины, ответственность за недостаточное давление несет владелец.
Куда обращаться с проблемой неправильного давления
По закону владелец помещения, у которого возникли проблемы с напором воды, не связанные с разводкой труб внутри квартиры и подключением техники, должен направить жалобу на некачественное водоснабжение в управляющую компанию. Срок предоставления письменного ответа на поданное обращение – не более месяца (30 календарных дней).
Если отношения собственника с водоканалом оформлены напрямую, жалобу нужно направить в компанию, предоставляющую услуги водоснабжения. Права и обязанности сторон можно уточнить в заключенном договоре о водоотведении.
Источник: https://vodasovet.ru/vodoprovod/davlenie-vody-v-vodoprovode
Источник
Все, что необходимо знать о силе давления воды
Пловец, нырнувший глубоко, ощущает боль в ушах. На барабанные перепонки воздействует сила давления воды.
Корабль в воде не тонет благодаря выталкивающей силе. Вода способна легко изменять свою форму, она воздействует на поверхности тел при соприкосновении с ними.
Чему равна сила давления воды и что это такое, расскажем в статье.
Что это такое?
В сосуде, заполненном водой, на дно давит сила, равная весу столба жидкости. Это вызванное силой тяжести давление называется гидростатическим.
Законы гидростатики описал Блез Паскаль. В 1648 г. он удивил горожан опытом, демонстрирующим свойства воды.
Вставив в бочку, заполненную водой, длинную узкую трубку, он налил в нее несколько кружек воды, и бочку разорвало.
Согласно закону Паскаля, приложенное к H2O усилие распространяется равномерно во всем объеме. Это объясняется тем, что вода почти не сжимается. В гидравлических прессах используют это свойство.
Плотность воды все же растет при высоком давлении. Это учитывается при расчетах конструкций глубоководных аппаратов.
Факторы, влияющие на показатель
При отсутствии внешнего воздействия, играют роль два фактора:
Выше уровень воды, налитой в сосуд, — выше напор на дно. Если в одной емкости ртуть, а в другой вода и при этом уровни жидкостей одинаковы, то в первом случае давление на дно больше, так как ртуть имеет большую плотность.
Если же к поверхности приложить поршень и давить на него, то напор будет складываться из:
При этом форма сосуда не определяет размер усилия, создаваемого столбом. Оно будет одним и тем же при равной высоте столба, хотя стенки емкости могут расширяться кверху или сужаться.
На дно и стенку сосуда – в чем разница?
Вода, заполняющая емкость, оказывает давление по направлению всегда перпендикулярно поверхности твердого тела, по всей площади соприкосновения с дном и стенками.
Усилие на дно распределено равномерно, то есть оно одинаково в любой точке. Заполнив водой сито, можно увидеть, что струи, текущие через отверстия, равны по напору.
Единицы измерения
Давление воды измеряют в:
- паскалях – Па;
- метрах водяного столба – м. в. ст.
- атмосферах – атм.
Практически достаточно знать, что 1 атмосфера равна 10 метрам водяного столба или 100000 Па (100кПа).
Формулы расчета
Давление на дно сосуда рассчитывается делением силы на площадь, то есть оно равно произведению плотности воды, высоты столба и ускорения свободного падения g (величина постоянная, равна 9,8 м/с2).
Пример расчета: бак наполнен водой (плотность 1000 кг/м3) до высоты 1,2 м. Нужно найти, какое давление испытывает дно бака. Решение: P = 1000*1, 2*9, 8 = 11760 Па, или 11, 76 кПа.
Для расчета давления на стенки сосуда применяют все ту же формулу напора, приведенную выше. При расчете берется глубина от точки, в которой нужно рассчитать напор, до поверхности воды.
Пример расчета: на глубине 5 м на стенку резервуара с водой будет оказываться давление P=1000 *5 * 9, 8=49000 кПа, что составляет 0,5 атмосферы.
Расчет давления воды на дно и стенки сосуда в видео:
Применение на практике
Примеры использования знаний свойств воды:
- Подбирая насос для водоснабжения дома высотой 10 м, понимают, что напор должен быть минимум 1 атм.
- Водонапорная башня снабжает водой дома ниже ее по высоте, напор в кране у потребителей обеспечен весом столба воды в баке.
- Если в стенках бочки появились отверстия, то, чем ниже они расположены, тем более прочным должен быть материал для их заделки.
- Замеряют дома напор холодной воды в кране манометром. Если он менее чем 0,3 атм (установлено санитарными нормами), есть основания для претензий к коммунальщикам.
Используя гидравлический пресс, можно получить большое усилие, при этом приложив малую силу. Примеры применения:
- выжимка масла из семян растений;
- спуск на воду со стапелей построенного судна;
- ковка и штамповка деталей;
- домкраты для подъема грузов.
Заключение
Такие свойства воды, как текучесть и несжимаемость, дают возможность использовать силу ее давления для самых различных целей.
Опасность этого явления учитывают при расчетах на прочность корпусов подводных лодок, стенок и днищ резервуаров, в которых хранят воду. Сила давления воды совершает полезную работу, она же способна и разрушать.
Источник
Выясняем: как узнать давление воды в водопроводе без манометра?
Измерить водяное давление, используя манометр, – простая задача. Но что делать, если данного прибора дома не оказалось?
Даже в этом случае с довольно высокой точностью можно совершить интересующие замеры. Далее представлены 3 доступных и несложных способа.
Можно ли узнать без использования измерителя?
Такое измерение действительно возможно: бытовая смекалка, математические знания и использование нехитрых конструкций – всё это позволяет получить довольно точные показатели давления.
Точность измерения водонапора при отсутствии прибора
Точность показателей расчётов водяного давления в трубах дома будет упираться в точные физические данные трубопровода.
Если реальные характеристики измерены максимально верно, то и математический расчёт будет достаточно точным.
Примерные же данные предоставят возможность рассчитать давление только на приблизительном уровне.
Знание водонапорных нормативов позволят перейти к практике измерения водяного напора дома. Далее рассматриваются 3 метода, как рассчитать показатели давления, не имея манометра.
Определение напора с использованием шланга
Рассматриваемый метод позволяет измерять водяное давление в точке подключения к сантех. прибору, предоставляя возможность не использовать специальных устройств, но выдавая некоторую погрешность.
Для метода №1 потребуется прозрачный ПВХ шланг или же трубка ПВХ длиной порядка 2 метров. Диаметр должен составлять ровно столько, сколько нужно для подключения шланга к крану водонапора.
Расчёт интересующих показателей проводится по схеме, представленной ниже:
- Один конец шланга подключается к точке разбора, его нужно выставить и, если возможно, зафиксировать в вертикальном положении.
- Кран открывается, при этом трубка должна заполниться до уровня, который соответствует низу крана (этот уровень называется нулевым).
- Отверстие сверху надёжно закрывается. После этого нужно будет сделать запись следующих показателей:
- Общую длину от уровня ноля до закрытого заглушкой конца.
- Длину шланга между значением уровня воды под давлением и закрытым заглушкой концом.
Теперь можно воспользоваться следующей формулой:
- P – интересующее нас водопроводное давление,
- Paтм – давление до пуска воды (т.е. давление, которое установлено в комнате). Оно равно почти всегда приблизительно 1 атмосфере, для расчётов можно использовать это значение,
- Но – исходная длина воздушного столба,
- Н1 – длина воздушного столба после открывания крана на полную мощность.
Например, Paтм=1 атмосфера, Но=50 сантиметров, Н1=40 сантиметров. Тогда: P=1*50/40 = 1,25 атмосферы.
Как проверить с помощью метода расхода?
Производить расчёт можно и с помощью таблиц значений, но результат не будет радовать точностью.
Поэтому лучшим вариантом будет проведение расчётов на месте, учитывая при этом и скорость потоков воды, и материал трубопровода системы, и иные свойства трубопровода.
Самой простой формулой для расчёта расходуемой жидкости будет являться:
- Q — интересующий нас расход воды (литр в секунду).
- v — скорость потока (m/c).
- d – диаметр трубы (в см).
- П – «число Pi» — константа из математики, приблизительно 3,14.
К примеру, есть: d=4, v=2. В таком случае: Q=3,14*4^2/4*2=3,14*8=25 литров в секунду.
Применять эту формулу можно при поиске иных неизвестных. В случае, когда известен диаметр вместе с расходом воды, можно определять её скорость. Либо, если известна скорость и известен расход, можно высчитать диаметр.
С помощью математического метода
Потребуется взять трехлитровую банку и секундомер. После открытия крана в полную силу необходимо подставить под поток банку, включив при этом таймер.
Этот метод имеет значительные погрешности, поэтому довольно приблизительный.
Но можно отметить, что наполнение трёхлитровой банки не должно происходить дольше 10 секунд, иначе показатель считается ниже нормы.
Установленные эксплуатационные и технические нормы говорят, что ёмкость должна быть заполнена за 5-7 секунд. Они учитываются, если трубы не имеют сужений по трассе и если кран не имеет сетки-фильтра.
Получается, что за 5 секунд налилось 3 литра воды. То есть, за 1 секунду налилось 600 мл. Этот показатель давления воды считается очень хорошим.
Если же ёмкость объёмом 3 литра наполнилась водой за 20 секунд, то выходит, что скорость наполнения уже 150 мл в секунду. Этот показатель очень мал. Если наполнение произошло за 3 секунды, то расход равен 1 литр в секунду – это очень высокий показатель.
Полезное видео
В видео ролике еще один способ измерения напора воды:
Заключение
При следовании вышеуказанным инструкциям каждый человек в домашних условиях, даже если у него нет специальных приборов, может сам обеспечить себе комфорт в пользовании водой.
Самостоятельное измерение давления воды без использования манометра уже не является невыполнимой задачей: 3 вышеуказанных несложных метода это доказывают.
Источник
Как определить давление воды по высоте струи
Практически очень важным является пример применения новой формы второго закона Ньютона для расчета сил давления на препятствия со стороны быстро текущей жидкости.
Подставьте ладонь под струю воды, вытекающую из полностью открытого водопроводного крана. Вы почувствуете довольно сильное давление струи на руку. Если вы попробуете подставить руку под струю воды, выходящую из пожарного брандспойта, то струя просто отбросит руку и может даже ее повредить (рис. 4.12).
Как возникает сила давления струи и как ее рассчитать?
Допустим, что площадь поперечного сечения струи воды, выбрасываемой из брандспойта, равна
скорость воды плотность воды (рис. 4.13). Пусть струя падает на плоскую стенку по перпендикуляру. Определим силу, с которой струя будет давить на препятствие. Для этого сначала разберемся во всех процессах, которые происходят во время взаимодействия струи с препятствием.
Прежде всего заметим, что в течение каждой секунды до стенки успевают дойти и коснуться ее все те частицы воды, которые находились от стенки на расстоянии не больше чем
(см. рис. 4.13). Следовательно, каждую секунду со стенкой будет взаимодействовать масса воды, заключенная в объеме, равном Так как плотность воды то эта масса будет равна Ясно, что в дальнейших расчетах необходимо учитывать то количество движения которое будет приносить к стенке именно эта масса, т. е.
После удара о стенку вода равномерно растекается во все стороны от места удара. Количество движения всей массы воды после удара будет слагаться из количеств движения частичек воды, уходящих от места удара в разные стороны.
Если какая-либо частица А уходит с некоторой скоростью и влево, то при равномерном растекании всегда найдется такая же частица В, которая с такой же по модулю скоростью будет уходить вправо (рис. 4.14). Количества движения таких частиц численно равны, но противоположны по направлению. Сумма количеств движения для этой пары частиц равна нулю. Так как для любой частицы воды после удара найдется такая парная ?