Простейшее устройство, использующее в своей работе атмосферное давление, - медицинский шприц. Он состоит из прозрачного цилиндра, внутри которого ходит поршень. Когда нам нужно набрать в шприц лекарственный раствор, мы начинаем поднимать поршень. Воздух между дном и поршнем разрежается. И за счёт разницы давлений внутри шприца и наружного атмосферного давления жидкость будет подниматься вверх, пока не заполнит свободное пространство.
Так же поднимается жидкость в пипетке. По такому же принципу устроены доильный аппарат, поилка для птиц, мыльница на присосках, пылесос.
Первым устройством, использующим атмосферное давление, был всасывающий водяной насос. Его изобрёл и описал древнегреческий механик Ктептизий в 1 веке до н.э. В те времена металлов ещё не было, и насосы изготавливались из дерева. Конечно, они часто ломались и были недолговечны. Но их успешно использовали для тушения пожаров. Позднее, когда началась промышленная революция, с таких насосов стали откачивать воду из шахт и рудников. В наше время водяные насосы используются для подъёма воды из скважин и колодцев.
Самый простой всасывающий насос, как и шприц, также состоит из цилиндра, внутри которого движется плотно пригнанный к стенкам цилиндра поршень. Но в отличие от шприца, в самом поршне и в нижней части цилиндра имеются 2 клапана. Они открываются только вверх. Когда поршень поднимается вверх, воздух в цилиндре разрежается, давление понижается. Открывается нижний клапан, и вода под воздействием атмосферного давления устремляется вверх за поршнем. Когда поршень начинает двигаться вниз, вода давит на нижний клапан, и он закрывается. Но в это же время под давлением воды открывается клапан в самом поршне, разрешая воде заполнять пространство над ним. Когда поршень снова начнёт своё движение вверх, находящаяся в цилиндре над ним вода также будет подниматься и начнёт выливаться в трубу.
Воздушный насос, которым мы накачиваем мяч или автомобильную шину, использует в своей работе сжатый воздух. Простейший воздушный насос похож на шприц. Конечно, его цилиндр и поршень отличается от аналогичных частей шприца размерами и материалом, из которого они изготовлены. Кроме того, такой насос имеет в корпусе 2 отверстия. Одно предназначено для забора воздуха, а в другое вставлен резиновый шланг с ниппелем на конце. Воздух попадает в корпус, когда поршень движется вверх. Опускаясь, поршень сжимает воздух и выталкивает его через ниппель в шину или мяч.
Ниппель - специальное при пропускающее воздух только в одну сторону. Он представляет собой тоненькую металлическую трубочку, в боковой поверхности которой есть маленькое отверстие. На это отверстие надевают резиновую трубочку, которая раздувается и пропускает воздух, подающийся из насоса под давлением. Обратно выйти трубочка воздуху не позволяет. Этот процесс мы наблюдаем, когда накачиваем простым ручным насосом колесо велосипеда. Если мы не поставим ниппель на шланг насоса, воздух тут же вырвется из колеса наружу.
2
Пример. Тело свободно падает с высоты 4 м при нулевой начальной скорости. Какова будет его скорость при достижении земной поверхности? Рассчитайте скорость падения тела по формуле, учитывая, что v0=0. Произведите подстановку v=√(2∙9,81∙4)≈8,86 м/с.
3
Измерьте время падения тела t электронным секундомером в секундах. Найдите его скорость в конце отрезка времени, которое продолжалось движение прибавив к начальной скорости v0 произведения времени на ускорение свободного падения v=v0+g∙t.
4
Пример. Камень начал падение с начальной скоростью 1 м/с. Найдите его скорость через 2 с. Подставьте значения указанных величин в формулу v=1+9,81∙2=20,62 м/с.
5
Рассчитайте скорость падения тела, брошенного горизонтально. В этом случае его движение является результатом двух типов движения, в которых одновременно принимает участие тело. Это равномерное движение по горизонтали и равноускоренное - по вертикали. В результате траектория тела имеет вид параболы. Скорость тела в любой момент времени будет равна векторной сумме горизонтальной и вертикальной составляющей скорости. Поскольку угол между векторами этих скоростей всегда прямой, то для определения скорости падения тела, брошенного горизонтально, воспользуйтесь теоремой Пифагора. Скорость тела будет равна корню квадратному из суммы квадратов горизонтальной и вертикальной составляющих в данный момент времени v=√(v гор²+ v верт²). Вертикальную составляющую скорости рассчитывайте по методике, изложенной в предыдущих пунктах.
6
Пример. Тело брошено горизонтально с высоты 6 м со скоростью 4 м/с. Определите его скорость при ударе о землю. Найдите вертикальную составляющую скорости при ударе о землю. Она будет такой же, как если бы тело свободно падало с заданной высоты v верт =√(2∙g∙h). Подставьте значение в формулу и получите v=√(v гор²+ 2∙g∙h)= √(16+ 2∙9,81∙6)≈11,56 м/с.