Давления воды на толстостенный сосуд

Давление жидкости на дно и стенки сосуда. Формула гидростатического давления

Поскольку на жидкость действует сила тяжести, жидкое вещество обладает весом. Вес – это сила, с которой оно давит на опору, т. е. на дно сосуда, в который налито. Закон Паскаля говорит: давление на жидкость передается в любую ее точку, не меняя своей силы. Как же рассчитать давление жидкости на дно и стенки сосуда? Будем разбираться в статье, используя наглядные примеры.

Представим, что у нас есть цилиндрический сосуд, в который налита жидкость. Обозначим высоту слоя жидкости h, площадь дна сосуда – S, а плотность жидкости – ρ. Искомое давление – это P. Его вычисляют путем деления силы, действующей под углом 90° к поверхности, на площадь этой поверхности. В нашем случае поверхность – это дно емкости. P = F/S.

Сила давления жидкости на дно сосуда – это вес. Он равен силе давления. Наша жидкость неподвижна, поэтому вес равен силе тяжести (Fтяж ), действующей на жидкость, а значит, и силе давления (F=Fтяж). Fтяж находят так: умножают массу жидкости (m) на ускорение свободного падения (g). Масса может быть найдена, если известно, какова плотность жидкости и каков ее объем в сосуде. m = ρ×V. Сосуд имеет цилиндрическую форму, поэтому его объем мы будем находить, умножив площадь основания цилиндра на высоту слоя жидкости (V = S×h).

Расчет давления жидкости на дно сосуда

Вот величины, которые мы можем вычислить: V = S×h; m = ρ×V; F = m×g. Подставим их в первую формулу и получим такое выражение: P = ρ×S×h×g/S. Сократим площадь S, стоящую в числителе и знаменателе. Она исчезнет из формулы, а это значит, что давление на дно не зависит от площади сосуда. Кроме того, оно не зависит и от формы емкости.

Давление, которое жидкость создает на дно сосуда, называется гидростатическим. «Гидро» – это «вода», а статическое – это потому, что жидкость неподвижна. По формуле, полученной после всех преобразований (P = ρ×h×g), определите давление жидкости на дно сосуда. Из выражения видно, что чем более плотная жидкость, тем больше ее давление на дно сосуда. Разберем подробнее, что собой представляет величина h.

Давление в толще жидкости

Допустим, мы нарастили сосуд снизу еще на некоторую величину, добавили дополнительное пространство для жидкости. Если мы поместим в емкость рыбку, давление на нее будет одинаковым в сосуде из предыдущего опыта и во втором, увеличенном? Изменится ли давление от того, что под рыбкой еще есть вода? Нет, потому что сверху находится определенный слой жидкости, на нее действует сила тяжести, значит, вода обладает весом. А то, что снизу, не имеет никакого значения. Следовательно, мы можем найти давление в самой толще жидкости, и h – это будет глубина. Она необязательно является расстоянием до дна, дно может быть и ниже.

Представим, что мы развернули рыбку на 90°, оставив ее на той же глубине. Изменится ли от этого давление на нее? Нет, потому что на глубине оно одинаково во всех направлениях. Если мы приблизим рыбку прямо к стенке сосуда, изменится ли давление на нее, если она будет оставаться на той же глубине? Нет. Во всех случаях давление на глубине h будет вычисляться по той же формуле. Значит, эта формула позволяет найти давление жидкости на дно и стенки сосуда на глубине h, т. е. в толще жидкости. Чем глубже, тем оно больше.

Давление в наклонном сосуде

Представим, что у нас есть трубка длиной около 1 м. Мы налили в нее жидкость так, что она заполнена целиком. Возьмем точно такую же трубку, наполненную до краев, и разместим ее под наклоном. Сосуды одинаковы и заполнены одной и той же жидкостью. Следовательно, масса и вес жидкости и в первой, и во второй трубке равны. Будет ли одинаковым давление в точках, расположенных на дне этих емкостей? На первый взгляд кажется, что давление P1 равно P2, поскольку масса жидкостей одинакова. Предположим, что это так, и проведем эксперимент, чтобы проверить.

Соединим нижние части этих трубок маленькой трубочкой. Если наше предположение о том, что P1 = P2, верное, то перетечет ли куда-то жидкость? Нет, потому что на ее частицы будут действовать силы противоположного направления, которые будут компенсировать друг друга.

Давайте приделаем к наклонный трубке сверху воронку. А на вертикальной трубке проделаем отверстие, в него вставим трубочку, которая загибается вниз. Давление на уровне отверстия больше, чем на самом верху. Значит, жидкость будет перетекать по тоненькой трубочке и наполнять воронку. Масса жидкости в наклонной трубке будет увеличиваться, жидкость потечет из левой трубки в правую, затем будет подниматься и циркулировать по кругу.

А теперь установим над воронкой турбину, которую соединим с электрическим генератором. Тогда эта система самостоятельно, без какого-либо вмешательства будет вырабатывать электроэнергию. Она будет работать без остановки. Казалось бы, это и есть «вечный двигатель». Однако еще в XIX веке Французская академия наук отказалась принимать любые подобные проекты. Закон сохранения энергии говорит о том, что создать «вечный двигатель» невозможно. Значит, наше предположение о том, что P1 = P2, неверное. На самом деле P1 28 марта, 2019

Источник

Давление воды в водопроводе: нормы, измерение и регулировка

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

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

Источник