Занятие 19. Использование давления жидкостей и газов в сельскохозяйственном производстве.
Цель: формировать практическую направленность знаний учащихся. Расширить их представление о давлении жидкостей и газов на примерах сельскохозяйственного производства. Создать условия для развития интеллектуально-творческих способностей учащихся.
Методические замечания
С давлением жидкости и газов учащиеся знакомы из курса физики седьмого класса, поэтому начать занятие следует с повторения закона Паскаля.
После этого следует предложить учащимся задания:
1. Для заправки топливом машин работающих на полевых работах используют мобильные заправочные комплексы. По плакату объяснить принцип действия мобильного заправочного комплекса (рисунок 11). Укажите, какой закон лежит в основе работы данного комплекса.
Ответ. Компрессор 1 нагнетает воздух в емкость 4, топливо по шлангу 2 поступает в топливный бак 3 трактора или комбайна.
2. Для обработки садов и огородов ядохимикатами от вредителей используют ручные и ранцевые опрыскиватели. Объясните принцип действия опрыскивателя схема, которого показана на рисунке 12. Какой закон лежит в основе работы опрыскивателя?
Ответ. В герметичный сосуд (5) наливают приготовленный раствор ядохимикатов (1), При нажатии на ручку насоса (4) поршень (2) проталкивает воздух через клапан (6). Воздух проходит через раствор и скапливается в полости (3). При накачивании воздуха в опрыскиватель его давление возрастает, по закону Паскаля воздух оказывает давление на стенки опрыскивателя и свободную поверхность раствора ядохимикатов, который под давлением по шлангу проступает к крану распылителя (7). При открытии крана раствор ядохимикатов распыляется жиклером распылителя (8) образуя туманообразное облако, которое равномерно оседает на листья и стебли растений.
Далее следует познакомить учащихся с принципом работы машинами для химической защиты растений, такими как ОВТ-1А, ОН-400, ОШУ-50А при этом отмечаются их технические характеристики (технические характеристики машин предлагаемых для ознакомления учащихся приведены ниже в таблице).
| Опрыскиватель | Ширина захвата (м) | Ем- кость резер-вуара м3 | Производи-тельность вентилято- ра м3/ч | Норма расхода ядохимиката л/га (кг/га) | Диапазон рабочих скоростей км/ч (м/с) | Расчетная произво-дитель-ность га/ч | Масса кг | Агрегати-рование |
| Насоса л/мин | ||||||||
| Вентилятор-ный трактор-ный ОВТ=1А | 20…50 | 30000 | 25…150 200…2400 | 6…8 (1,66 … 2,22) | 2…15 | ЮМЗ-6Л/М Т-70В | ||
| Универсаль-ный навесной ОН-400 | 8,5...13,5 | 400 | --- | 50…780 | 6…9 (1,66… 2,5) | 5…11 | Т-25А1, Т-70В | |
| Опыливатель навесной универсальный ОШУ-50А | 50…80 | 6000 – | До 40 | 6…8 (1,66… 2,22) | 5…25 | Т-25А1, Т-70В, Т-Т-40ОМ |
После этого следует решить несколько задач на применение закона Паскаля:
3. В воздушно-водяном баке автоматической безбашенной водокачки создается давление в 400 кПа. На какую максимальную высоту может быть поднята вода в водопроводе?
Таблица: Машины для химической защиты растений
4. В теплице по выращиванию сельскохозяйственных растений необходимо, чтобы температура воздуха не превышала допустимую норму. Повышение температуры сверх нормы может привести к гибели растений. Предложите конструкцию автоматического устройства, которое позволяло бы поддерживать температуру в теплице постоянной.
Возможное решение. Решение может иметь несколько вариантов, один из которых может быть следующий. Для того, чтобы открыть вентиляционные форточки в теплице, можно использовать устройство схема которого показана на рисунке 13. Тонкостенный сосуд, заполненный воздухом, соединяется герметично с узким коленом сообщающегося сосуда Б, заполненного водой. В широком колене на поплавке закреплен шток С, соединенный верхним концом с вентиляционной форточкой. Поплавок должен иметь диаметр немного меньше, чем диаметр колена, чтобы без трения о стенки он мог перемещаться в вертикальном положении. При повышении температуры давление воздуха в сосуде А будет увеличиваться, в результате чего в малом колене сообщающегося сосуда вода будет опускаться, а в большом подниматься, что приведет к движению поплавка со штоком, и форточка будет открываться. Разность сечения колен сообщающихся сосудов дает выигрыш в силе, так как давление согласно закона Паскаля будет одинаковым. Когда температура воздуха в теплице понизится за счет вентиляции, то форточка автоматически закроется, так как давление воздуха в сосуде А уменьшится, а уровень воды в широкой части сообщающегося сосуда понизится.
5. Подъем и опускание жатки самоходного комбайна производится с помощью двух гидроцилиндров, в которые масло подается под давлением 250 кПа. Какая сила действует на жатку со стороны гидроцилиндров, если диаметр поршня гидроцилиндра 108 мм?
Занятие 20. Лабораторная работа: "Исследование зависимости давления жидкости от ее плотности и высоты столба"
Цель: развивать экспериментальные методы познания, формировать умения работать с лабораторными и контрольно-измерительными приборами. Создать условия для развития интеллектуально-творческих способностей учащихся.
Оборудование. микроманометр; высокий сосуд со шкалой; чистая вода; перенасыщенный раствор поваренной соли, подкрашенный хвойным экстрактом.
Методические замечания
В начале занятия предлагаем учащимся задание, в котором требуется ответить на вопрос: – Из какого отверстия в боковой стенке сосуда длина вытекающей струи вода будет наибольшей? Почему? Для этого рисуем на доске цилиндрический сосуд с водой, в боковой стенке которого на разной высоте сделаны отверстия, но не показываем на рисунке, как вытекают струйки жидкости из отверстий. Предлагаем учащимся самостоятельно дорисовать рисунок, указать на нем, как будет зависеть длина струек жидкости, вытекающих из отверстий, от высоты отверстия. Учащиеся предлагают различные варианты решений, в том числе и такие, в которых самая большая длина струйки вытекающей из верхнего отверстия. Коллективное обсуждение зависимости давления жидкости от высоты столба приводит учащихся к выводу, что из верхнего отверстия может вытекать струйка самой короткой длины. Обсудив с учащимися этот вопрос, демонстрируем опыт.
Затем предлагаем учащимся для выполнения лабораторной работы следующее задание:
Исследовать, как зависит давление в жидкости от ее плотности и от высоты столба жидкости.
Исходя из результатов обсуждения рассмотренного выше опыта, учащиеся определяют цель работы, составляют план проведения исследования, согласно которого, используя микроманометры и жидкости различной плотности, проводят исследование зависимости давления в жидкости от ее плотности и высоты столба (Фото 1). В ходе исследования учащиеся устанавливают, что давление в жидкости прямо пропорционально плотности жидкости и высоте столба жидкости. После чего записывается формула для расчета давления жидкости: P= r * g * h.
Фото 1
После выполнения лабораторной работы учащимся предлагается решить следующие задачи:
1. Задвижка для слива молока из бочки автоцистерны по перевозке молока имеет площадь 100 см2, находится на глубине 80 см. С какой силой молоко давит на задвижку, если плотность молока равна 1028 кг/м3?
2. Какую жесткость должна иметь пружина двуплечного рычага диафрагменного реле давления воды в безбашенной автоматизированной водокачке ВЭ-2,5 чтобы оно срабатывало при давлении 200 кПа? Площадь диафрагмы равна 4 см2, а длины плечей рычага относятся как 1/3. Пружина прикреплена к большему плечу рычага. Максимальное перемещение меньшего плеча рычага соединенного с диафрагмой при срабатывании реле равно 5 мм.
3. Максимально допустимое давление масла в магистрали системы смазки тракторного двигателя не должно превышать 3 кгс/см2. Какую жесткость должна иметь пружина сливного клапана срабатывающего при этом давлении, если площадь сечения канала магистрали равна 9 мм2, а ход клапана при полном его открывании – 4 мм.
Занятие 21: Использование гидравлических машин в