Часто при учете давления атмосферное давление на свободной поверхности не принимают во внимание, определяя так называемое избыточное гидростатическое давление, или манометрическое давление, т.е. давление сверх атмосферного.
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.
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.
Кроме проведения разводки от накопительного бака к умывальникам и туалету, необходимо выполнить еще одни обязательные действия. Независимо от того, теплый чердак или нет, нужно дополнительно хорошо изолировать емкость для жидкости. Это будет гарантией, что при усилении морозов зимой дом не останется без воды.
Закон Паскаля для гидростатики.
В 1653 году французским ученым Б. Паскалем был открыт закон, который принято называть основным законом гидростатики.
Давление на поверхность жидкости, произведенное внешними силами, передается в жидкости одинаково во всех направлениях.
Закон Паскаля легко понимается если взглянуть на молекулярное строение вещества. В жидкостях и газах молекулы обладают относительной свободой, они способны перемещаться друг относительно друга, в отличии от твердых тел. В твердых телах молекулы собраны в кристаллические решетки.
Относительная свобода, которой обладают молекулы жидкостей и газов, позволяет передавать давление производимое на жидкость или газ не только в направлении действия силы, но и во всех других направлениях.
Закон Паскаля для гидростатики нашел широкое распространение в промышленности. На этом законе основана работа гидроавтоматики, управляющей станками с ЧПУ, автомобилями и самолетами и многих других гидравлических машин.
Определение и формула гидростатического давления
Из описанного выше закона Паскаля вытекает, что:
Величина гидростатического давления не зависит от формы сосуда, в котором находится жидкость и определяется произведением
g – ускорение свободного падения
h – глубина, на которой определяется давление.
Для иллюстрации этой формулы посмотрим на 3 сосуда разной формы.
Во всех трёх случаях давление жидкости на дно сосуда одинаково.
Полное давление жидкости в сосуде равно
P0 – давление на поверхности жидкости. В большинстве случаев принимается равным атмосферному.
Если же со слабым напором воды в кранах столкнулись не только вы, но и ваши соседи по многоквартирному дому, то причина может крыться как в отдельном стояке дома, так и в засорении всего домового трубопровода. Кроме того, на то, какое давление воды в водопроводе, серьезное влияние оказывает мощность насосной станции.
Необходимый уровень напора для повседневных нужд
Важным нюансом является тот факт, что строительные нормы указывают крайние допустимые границы, и нельзя не заметить, что разбежка очень велика. Минимально допустимый напор не способен обеспечить комфортное пользование водой в квартире и нормальную работу бытовых приборов.
Оптимальный напор во внутриквартирной части водопровода для холодной воды составляет 4 атм. В быту этот показатель обычно колеблется в пределах 2,5–7 атм.
Слабый напор
Если давление низкое, то проблемы могут возникнуть даже с такой элементарной процедурой, как принятие душа. При недостаточном напоре не будут функционировать такие приборы, как стиральная и посудомоечная машины, душевая кабина и джакузи.
Закон Паскаля легко понимается если взглянуть на молекулярное строение вещества. В жидкостях и газах молекулы обладают относительной свободой, они способны перемещаться друг относительно друга, в отличии от твердых тел. В твердых телах молекулы собраны в кристаллические решетки.
Особенности измерения гидростатического давления и его свойства
Учет величины гидростатического давления может вестись разными способами. Если необходимо рассчитать полное или абсолютное гидростатическое давление, учитывающее атмосферное давление, действующее на поверхность жидкости, величина измеряется в абсолютных технических атмосферах. Но часто атмосферное давление на свободной поверхности не учитывают, определяя манометрическое или избыточное гидростатическое давление — то, которое действует сверх атмосферного. Чтобы найти манометрическое давление, нужно из абсолютного вычесть атмосферное. Измеряет ся избыточное давление также в технических атмосферах, но уже избыточных.
1. Гидростатическое давление воды всегда направлено к площади, на которую воздействует, по внутренней нормали. Это свойство обусловлено тем, что в покоящейся жидкости нет растягивающих и касательных усилий. И отсюда следует вывод: при изменении давления в определенной точке следует ожидать такого же изменения в любой другой точке жидкости.
2. В конкретной точке величина давления не зависит от направления — оно одинаково по всем направлениям. Другими словами, внешнее давление на свободную поверхность жидкости передается во все точки без изменений.
3. На величину давления влияет вязкость жидкости. Вязкость — свойство жидкости сопротивляться перемещению одной ее части относительно другой. Это свойство проявляется только во время движения, колебания жидкости и распределяет скорости по живому сечению потока.
Несколько слов о кавитационном режиме насосов
При достижении определенных условий в насосах может возникать кавитация — явление, которое создается при снижении гидростатического давления и характеризуется появлением пузырьков газа в движущейся жидкости. В зоне, где гидростатическое давление повышается, пузырьки схлопываются.
В случае с лопастными насосами кавитацию чаще всего можно наблюдать в зоне потока максимальной скорости — вблизи входной кромки на лопатке рабочего колеса. Там, где пузырек схлопывается, резко увеличивается давление — если в момент схлопывания пузырек пара находится на поверхности лопатки или рабочего колеса, то удар воздействует на эту поверхность, что рано или поздно приведет к эрозии металла. Разрушение рабочих элементов лопастных насосов — самое опасное следствие кавитации. Кроме того, кавитация вызывает резкий шум техники, треск, вибрацию, может сопровождаться падением мощности, напора, подачи и КПД.
Сегодня не существует материалов, которые имели бы абсолютную устойчивость к кавитационным разрушениям, поэтому нельзя допускать работу насосов в кавитационном режиме. Основное средство по предупреждению кавитации — регулирование давления во всасывающем трубопроводе. Оптимальные параметры определяются высотой всасывания жидкости во время функционирования насоса.
Чтобы определить критический кавитационный запас, при производстве насоса проводят кавитационные испытания. В результате каждый режим работы насосного оборудования получает кавитационную характеристику, определяемую зависимостью мощности и напора насоса от кавитационного запаса.
Жильцам многоэтажных домов придется потрудиться. Для этого необходимо составление коллективного письма в управляющую организацию с требованием предоставления услуг в надлежащем виде согласно договору, и требование о перерасчете оплаты за некачественную услугу.
Что делать при плохом напоре воды в системе водоснабжения частного дома
Низкое давление воды в частном доме, который обслуживается автономной системой водоснабжения, также является распространенной проблемой. В частных домах слабый напор холодной воды, подаваемой насосом из скважины или колодца, может не только стать причиной ухудшения бытовых условий, но и исключить возможность полива зеленых насаждений на приусадебном участке.
В большинстве случаев проблема слабого напора воды в частных домах и на дачах решается установкой накопительных баков различной емкости, в которых жидкость, подаваемая насосной станцией, будет собираться в требуемом количестве, обеспечивая стабильное давление в системе автономного водоснабжения. Чтобы уровень воды в накопительных емкостях всегда оставался постоянным, в них размещают поплавковые реле уровня жидкости, автоматически включающие и отключающие насосное оборудование.
Схема накопительной системы водоснабжения дома с забором воды из скважины
На эффективность и надежность автономной системы водоснабжения серьезное влияние оказывает правильность монтажа и комплектация насосной станции, в состав которой должны входить следующие элементы:
Закон Паскаля легко понимается если взглянуть на молекулярное строение вещества. В жидкостях и газах молекулы обладают относительной свободой, они способны перемещаться друг относительно друга, в отличии от твердых тел. В твердых телах молекулы собраны в кристаллические решетки.
Видео описание
Видео продемонстрирует зависимость давления воды от высоты установки емкости на примере капельного полива:
Коротко о главном
Знания школьной программы физики могут значительно облегчить жизнь и сохранить средства. Если воспользоваться законом гидростатики Паскаля, то можно обустроить систему, в которой вода будет поступать в нужную точку самотеком. Причем это может быть, как умывальник в доме, так и грядка с овощами в огороде.
Для этого потребуется подходящую по объему емкость установить на нужной высоте. А чтобы определить последнюю, необходимо воспользоваться специальной формулой, которая определяет давление водяного столба в системе. А всю работу будет делать обычная сила тяжести.
На эффективность и надежность автономной системы водоснабжения серьезное влияние оказывает правильность монтажа и комплектация насосной станции, в состав которой должны входить следующие элементы:
Кто виноват и что делать?
Дачники могут решить проблему низкого давления в водопроводе довольно просто: при помощи различных насосных станций или использования автономного водоснабжения.
Жильцам многоэтажных домов придется потрудиться. Для этого необходимо составление коллективного письма в управляющую организацию с требованием предоставления услуг в надлежащем виде согласно договору, и требование о перерасчете оплаты за некачественную услугу.
Для составления бумаг нужно официально зафиксировать показатели давления воды на этой линии.
Как поднять давление воды?
Повысить давление воды в отдельно взятой квартире можно так:
Обратиться в ЖЭК или ДЭЗ или ТСЖ и управляющую организацию. Как показывает практика, это все же стоит делать коллективно. Так увеличатся шансы на своевременное решение вопроса. При отсутствии помощи со стороны государственных органов следует самостоятельно попробовать повысить давление воды в квартире
Установить самовсасывающий насос. Однако, он будет забирать всю воду из стояка, обделяя тем самым жильцов нижних и верхних этажей.
Выполнить монтаж насоса. Прибор способен повысить давление в системе.
Установить накопительную емкость. К ней можно подключить бытовые приборы, поскольку давление возрастет. Хоть и не сильно.
Последний вариант особенно подходит жильцам многоэтажек в районах с отключениями воды по установленному четкому графику. Такое оборудование работает в автоматическом режиме.
Прежде чем самостоятельно увеличивать давление воды в водопроводе с помощью специальных приборов, рекомендуем попробовать решить эту проблему «мирным путем». Как правило, это дает результат.
Частично решить проблему поможет монтаж обратных клапанов — полезные функции обратных клапанов для воды.
