Сухов Александр

Уважаемый, Лев, благодаря одному беспокойному читателю, мы с вами уперлись в детский водяной пистолет и гидростатику с гидродинамикой. Давайте вернемся к первоисточнику. Я утверждал и утверждаю именно то, что для получения равнозначного результата в чародействе на сфере Дайсона нужно затратить значительно большее усилие нежели на Земле, в качестве сравнения привел водный пистолет, коим на глубине 100 м. стрельнуть крайне затруднительно. Согласитесь, если попытаться получить струю длиной хотя бы метра три нужно приложить несравнимо большее усилие, нежели на воздухе. В результате игрушечный пистолет просто развалится. Вот вся суть моей мысли. Ну а то, что кое-кто начал искать "черных кошек в темной комнате", обвинив меня в незнании элементарных законов физики, тут уж я пас. Но хочу сказать, что мой читатель  грамотный, непременно чему-то да научит, что-то да подметит неправильное. Я с удовольствием принимаю резонную критику и исправляю неточности.

Поскольку математические формулы для вас не доказательство, предлагаю провести эксперимент. Подключите каким-либо образом детский пистолет к водопроводной трубе вашей квартиры, насколько мне известно, там давление не выше 4 атм. Уравняйте давление внутри шприца игрушки и трубы водопровода и попробуйте впрыснуть  воду обратно в систему путем нажатия на спусковой крючок (поршень шприца). Уверяю вас,  при нормальном атмосферном давлении это будет сделать значительно легче. Предлагаемый метод не совсем корректный, но опуститься на 100 метров для наглядных испытаний мы с вами не сможем.

Уважаемый читатель, я тут подумал и вынужден признать вашу правоту по поводу грифона. В данном случае подходит определение "мантикора" и мой герой с нейросетью в голове не может об этом не знать.  Спасибо за ваше замечание, несмотря на откровенную грубость. Люди на то и люди, что могут ошибаться.

Да, усилие потребуется.

Это объясняется действием гидростатического давления. Когда шприц находится на глубине 100 метров, вода в нём испытывает давление со стороны окружающей среды.

Гидростатическое давление рассчитывается по формуле:

P=ρ⋅g⋅hP=ρ⋅g⋅h,

где ρρ — плотность воды (1000 кг/м³), gg — ускорение свободного падения (9,81 м/с²), hh — глубина (100 м).

Подставляем значения:

P=1000⋅9,81⋅100=981000P=1000⋅9,81⋅100=981000 Па (или 9,81 атм).

Такое давление действует на стенки шприца и поршень. Чтобы выдавить воду, необходимо преодолеть это давление. Чем глубже находится шприц, тем больше давление и тем больше усилий потребуется для выдавливания воды.

На практике это означает, что для извлечения воды из шприца на глубине 100 метров потребуется значительное усилие, так как давление воды очень велико.

И еще один момент, когда-то я учился в МГУ на Географическом факультете, кафедра океанологии. Так что в вопросах гидростатики и гидродинамики немного разбираюсь, хоть давненько это было.

Сердечная благодарность читателю от автора!

Ну так давайте вместе посчитаем, какое усилие должен приложить водолаз, чтобы выдавить воду наружу и выдержит ли его хрупкий механизм детской игрушки?

Диаметр поршня D=2D=2 см = 0,020,02 м;Диаметр иглы d=2d=2 мм = 0,0020,002 м.

Найти: силу FF, которую нужно приложить к поршню.

Для решения задачи используем закон Паскаля и принцип работы гидравлического пресса.

Найдём отношение площадей:

S1S2=πD2πd2=D2d2=(0,02)2(0,002)2=25S2S1=πd2πD2=d2D2=(0,002)2(0,02)2=25.

По закону Паскаля:

F1⋅S1=F2⋅S2F1⋅S1=F2⋅S2,

где F1F1 — сила на поршне, F2F2 — сила на игле.

Выразим силу на игле:

F2=F1⋅S1S2F2=F1⋅S2S1.

Подставим значения:

F2=F1⋅25F2=F1⋅25.

Таким образом, чтобы вытолкнуть воду из шприца, нужно приложить силу к поршню, которая будет в 25 раз меньше силы, действующей на иглу.

Например, если на иглу действует сила 100 Н, то на поршень нужно приложить всего 4 Н.

Ответ: сила, которую нужно приложить к поршню шприца, в 25 раз меньше силы, действующей на иглу (при одинаковых условиях давления).

Это на воздухе.

Смотрим далее:

Диаметр поршня D=2D=2 см = 0,020,02 м;Диаметр иглы d=2d=2 мм = 0,0020,002 м;Глубина h=100h=100 м.

Найти: силу FF, которую нужно приложить к поршню.

Решение:

Определим площади:

Площадь поршня: S1=πD2/4=3,14⋅(0,02)2/4≈0,00157S1=πD2/4=3,14⋅(0,02)2/4≈0,00157 м²;Площадь иглы: S2=πd2/4=3,14⋅(0,002)2/4≈3,14⋅10−6S2=πd2/4=3,14⋅(0,002)2/4≈3,14⋅10−6 м².

Используем закон Паскаля: давление в жидкости передаётся во все точки без изменений.

Найдём давление на глубине: P=ρghP=ρgh, где ρρ — плотность воды (10001000 кг/м³). P=1000⋅9,8⋅100=980000 ПаP=1000⋅9,8⋅100=980000 Па.

Составим уравнение равновесия: Давление на поршне равно давлению на игле: F/S1=P=F/S2F/S1=P=F/S2.

Выразим силу: F=P⋅S2/S1F=P⋅S2/S1. F=980000⋅3,14⋅10−60,00157≈19,6 НF=980000⋅0,001573,14⋅10−6≈19,6 Н.

Ответ: необходимо приложить силу примерно 19,6 Н (ньютонов) к поршню шприца, чтобы вытолкнуть воду из иглы на глубине 100 метров.

Так что 4 ньютона и 19, 6 есть разница? 

Детский водяной пистолет по сути шприц в пластиковом обрамлении, приводимый в действие посредством несложной рычажной системы. Набираем воду, нажимаем спусковой крючок, и струя воды летит в нужную сторону. С повышением внешнего давления сила нажатия для выброса водяной струи увеличивается пропорционально, в нашем случае в 10 раз - элементарная физика. Согласитесь, никакой детский водяной пистолет не рассчитан на такие нагрузки. Он просто развалится ибо сопромат не обмануть.

Будем надеяться. Но, все-таки, дракон...

Где-то так, уважаемый читатель.

Рад, что вам понравилось.

Спасибо, дорогой читатель!

 Спасибо!

Поздравляю своих дорогих читателей с Новым Годом!

Анонсирую следующую книгу цикла "Полубояринов"

Я постараюсь.

Здравствуйте. С наступающим Новым Годом! Ждите. Скоро. Работаю над продолжением.