2 корисні способи використовувати тиск водяного стовпа в побуті
Іноді елементарні знання зі шкільного курсу фізики можуть допомогти вирішити деякі побутові проблеми. Вміння грамотно розрахувати тиск водяного стовпа стане в нагоді, якщо в будинок неможливо підвести централізоване водопостачання. У цьому випадку допоможе установка накопичувального бака. Та й багатьом садівникам буде корисно знати, на яку висоту підняти діжку для ефективного краплинного поливу.
Що таке гідростатичний тиск
Якщо на поверхню води діють зовнішні сили, то тиск у рідині однаково передаватиметься у всіх напрямках. Так звучить основний закон гідростатики, який відкрив французький вчений Блез Паскаль у 1653 році. А діє рідина переважно звичайна сила тяжкості.
У твердих тілах молекули складають кристалічні ґрати. І, жорстко пов'язані між собою, можуть передати тиск лише у той бік, у якому діє сила, прикладена до предмета. А в стані спокою остання спрямована строго донизу.
У рідинах є відносна свобода невеликого руху. Тому молекули газу чи будь-якої рідини можуть передати тиск у будь-якому напрямку. І під впливом сили тяжіння вода просто розтікається у різні боки, якщо її рух не обмежується стінками судини.
Якщо рідина перебуває у спокої, то в ній повністю відсутні дотичні і розтягуючі сили. Це означає, що тиск стовпа води спрямований строго по внутрішній нормалі до основи. Тобто, якою б формою не використовувалася судина, тиск усередині неї завжди діятиме лише під кутом у 90 градусів щодо бортів ємності.
Оскільки в побутових умовах рідини завжди обмежені будь-якими стінками (бак, труби), існує залежність тиску води від висоти стовпа. Тобто важливо на якій відстані знаходиться поверхня рідини від точки основи, на яку спрямована сила.
Вимірювання тиску води та формула для розрахунків
За одиницю вимірювання тиску в рідині прийнято 1 мм водяного стовпа. Він дорівнює 9,8 Па (Н/м2). А на практиці тиск у воді вимірюють у кілограм-силі на квадратний сантиметр (кгс/см2). І в цьому випадку одиниця називається однією атмосферою (1 ат). А метр водяного стовпа налічуватиме 0,1 ат.
Щоб точно розрахувати тиск рідини (P) на певну площу, необхідно скористатися формулою:
P = p × h × g
Для цього потрібно знати густину рідини (p), висоту стовпа (h) і швидкість вільного падіння (g).
Щільність води залежить від її температури. Але загальноприйнято для будь-яких розрахунків брати усереднене значення в тисячу кілограмів на кубічний метр. Прискорення вільного падіння також звикли округляти до 10 м/см2. Виходячи з цих даних, неважко визначити, скільки атмосфер мають 10 метрів водяного стовпа.
На виході виходить 10 кПа, що дорівнює 1 технічній атмосфері. Але для граничної точності потрібно прибрати округлення і обов'язково помножити твір на величину атмосферного тиску, що діє на поверхню води. Щоправда, для побутових розрахунків це необов'язково.
Корисне відео
Монтаж накопичувального бака
У районах, де немає централізованого водопостачання, для побутових потреб звикли брати воду з колодязів або свердловин. Щоб отримати питну рідину з глибини, необхідно використовувати насос. Але щоразу, коли потрібна лише один кухоль води, включення помпи стає нерентабельним.
Тому доцільним є монтаж накопичувального бака на певній висоті. За БНіП, а також Постановою Уряду №354 тиск води на виході з крана мінімально повинен становити 0,3 ат. А для цього достатньо підняти бак лише на 3 метри. Для цього навіть не потрібно будувати вежу. Достатньо скористатися горищним приміщенням одноповерхового будинку.
Один раз на певний час бак наповнюється за допомогою насоса. Потім вода рухається по трубах самопливом, згідно з гідростатичним законом Паскаля. І на виході з крана створюватиметься достатній натиск, щоб забезпечити всі побутові потреби.
Крім проведення розведення від накопичувального бака до умивальників та туалету, необхідно виконати ще одну обов'язкову дію. Незалежно від того, тепле горище чи ні, потрібно додатково добре ізолювати ємність для рідини. Це буде гарантією, що при посиленні морозів узимку будинок не залишиться без води.
Облаштування крапельного поливу
Закон Паскаля давно й успішно застосовується в усіх посушливих районах світу. Але найбільше ефективно його використовували в Ізраїлі. У п'ятдесяті роки минулого століття для меліорації там уперше стали практикувати метод, який згодом назвали краплинним. А вигадали його, щоб заощадити і так дорогу вологу.
Волога до грядок, як і раніше, була самопливом, але тепер – дозовано і прямісінько під коріння рослини. Для цього кожен коренеплід забезпечили своєю персональною «лійкою», а на ємність із водою встановили заслінку із таймером. І через певні проміжки часу саджанець отримує чітко розраховану порцію живильної рідини.
Окрім економії води, метод дозволив збільшити врожайність до 40%, оскільки:
- Коріння рослини набагато більше насичувалося вологою.
- Відсутнє перезволоження, адже земля довкола залишалася сухою.
- Виключався опік листя, який виникає, коли сонячне проміння проходить через краплі (ефект лінзи).
- Бур'яни не встигають поширитися, тому що їхнє коріння знаходиться в сухій землі.
Для кожної ділянки потрібно розрахувати потрібний тиск. І для досягнення бочка з водою піднімається на потрібну висоту. Зазвичай достатньо розмістити ємність за метр від землі. А якщо ділянка має схил, то можна просто встановити резервуар у його верхній точці.
Корисне відео
Висновок
Знання шкільної програми фізики можуть значно полегшити життя та зберегти кошти. Якщо скористатися законом гідростатики Паскаля, то можна облаштувати систему, в якій вода надходитиме в потрібну точку самопливом. Причому це може бути як умивальник у будинку, так і грядка з овочами на городі.
Для цього потрібно підходящу за обсягом ємність встановити на потрібній висоті. А щоб визначити останню, необхідно скористатися спеціальною формулою, яка визначає тиск водяного стовпа у системі. А всю роботу робитиме звичайна сила важкості.
