💦Гидротаранный насос (или просто гидротаран) — это гениальное и практически вечное устройство, которое использует энергию гидравлического удара, а гидродуар — это его ключевой, «умный» элемент. Гидротаран использует кинетическую энергию небольшого, но непрерывного потока воды (например, из ручья), чтобы поднять небольшую часть этой воды на значительную высоту (намного выше уровня источника). Он делает это без каких-либо двигателей или внешних источников энергии, используя лишь явление гидравлического удара.

Основные компоненты:
1. Подающая труба (нисходящая труба): Длинная труба, по которой вода течет от источника (например, пруда) к насосу под уклон.
2. Отбойный клапан («гидродуар»): Это «сердце» гидротарана. Обычно это подпружиненный или утяжеленный клапан, который может быстро открываться и закрываться.
3. Воздушный колпак (воздушный клапан): Герметичная камера, частично заполненная воздухом.
4. Нагнетательный (обратный) клапан: Клапан, который пропускает воду только в одну сторону — в напорный трубопровод.
5. Напорный трубопровод (выходная труба): Труба, по которой вода поднимается к потребителю.

Работа гидротарана — это непрерывно повторяющийся цикл из двух фаз.

▪️Фаза 1: Разгон потока и закрытие гидродуара
▫️Шаг 1: Отбойный клапан (гидродуар) изначально открыт. Вода под действием силы тяжести свободно вытекает через него из подающей трубы.
▫️Шаг 2: Скорость потока в подающей трубе постепенно увеличивается. В какой-то момент она становится достаточно высокой, чтобы преодолеть силу пружины или груза гидродуара.
▫️Шаг 3: Гидродуар резко захлопывается. Вот здесь и начинается магия.
Роль гидродуара на этом этапе: Создать мгновенную остановку мощного потока воды. Это "умный" клапан, который реагирует именно на достижение потока определенной скорости.

▪️Фаза 2: Гидравлический удар и накачка
▫️Шаг 4: Резкая остановка потока вызывает знаменитый гидравлический удар. Кинетическая энергия движущейся массы воды мгновенно преобразуется в энергию давления. Даление перед закрытым гидродуаром скачкообразно возрастает в десятки раз.
▫️Шаг 5: Это резко возросшее давление открывает нагнетательный клапан. Вода под высоким давлением врывается в воздушный колпак.
▫️Шаг 6: В воздушном колпаке вода сжимает воздух, который действует как амортизатор и аккумулятор энергии. Он сглаживает ударный импульс и создает постоянное давление, которое выталкивает воду из колпака в напорный трубопровод, заставляя ее подниматься вверх.
▫️Шаг 7: Давление в подающей трубе падает. Нагнетательный клапан под действием силы тяжести и давления из напорной трубы закрывается, не давая воде вернуться обратно.

▪️Возврат к началу цикла
▫️Шаг 8: Как только давление перед гидродуаром падает ниже определенного уровня, пружина или груз снова открывают его.
▫️Шаг 9: Вода снова начинает свободно вытекать, скорость потока нарастает, и цикл повторяется с Шага 1.

Гидродуар — это не просто клапан. Это преобразователь энергии:
▫️Он аккумулирует энергию, позволяя потоку разогнаться (когда открыт).
▫️Он преобразует кинетическую энергию потока в энергию давления, мгновенно останавливая его (когда закрывается).
▫️Без этого быстрого закрытия не было бы мощного гидравлического удара, и насос не работал бы.

Преимущества:
➕ Полная автономность. Не требует топлива или электроэнергии.
➕Чрезвычайная простота и долговечность. Почти нечему ломаться.
➕Надежность. Может работать годами без обслуживания.
Недостатки:
➖ Низкий КПД (обычно 10-60%). Большая часть воды просто уходит через гидродуар.
➖ Требует определенных условий: постоянного источника воды с небольшим перепадом высот и места для установки длинной подающей трубы.
➖ Создает шум.

📘 Гидравлика и аэродинамика [1975] Альтшуль, Киселев

💧 Гидростатический парадокс или парадокс Паскаля

😠 Принцип работы гидравлического пресса

⚙️ Принцип работы гидравлической машины

Задача: «Вихревая струя космического садовника»

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

💪 Не мускулами, а умом: как гидравлика умножает наши силы

Когда нужно поднять многоэтажный автобус для замены колеса или плавно опустить шасси огромного самолета, на помощь приходит она — гидравлика.
Принцип прост до гениальности: сила, приложенная к одному участку жидкости, передается без изменения в любую другую точку. Вся хитрость — в разной площади поршней.

Представьте:
▪️ У вас есть два соединенных шприца — маленький (1 см²) и большой (100 см²).
▪️ Если надавить на малый поршень с силой всего в 1 кг, то согласно закону Паскаля, давление в жидкости распространится повсюду.
▪️ На большой поршень это же давление будет давить с гораздо большей силой: Сила = Давление × Площадь. В нашем примере — уже 100 кг!

Именно так работают домкраты, прессы и тормозные системы. Мы вкладываем маленькое усилие, а на выходе получаем огромное. Мы не создаем энергию из ниоткуда, мы просто меняем соотношение сил, жертвуя расстоянием (малый поршень надо прожать много раз, чтобы большой поднялся немного).

🔍 Исторический факт: А знаете ли вы, что фундамент этой технологии заложил выдающийся французский ученый Блез Паскаль? В 1648 году он провел эффектный эксперимент, впоследствии названный «Паскалевой бочкой».

Он вставил в закрытую бочку, наполненную водой, очень длинную и тонкую вертикальную трубку. Поднявшись на балкон, он влил в эту трубку всего несколько кружек воды. Давление, созданное маленьким столбом жидкости в узкой трубке, передалось по всем направлениям и преумножилось так, что мощные дубовые доски бочки не выдержали и она треснула. Этот наглядный опыт блестяще подтвердил его теорию, а сегодня его именем названа единица измерения давления.
Так что, в следующий раз, видя работу подъемного крана, вспомните о силе воды и гениальном французе XVII века! 🚀 #гидравлика #физика #историянауки #технологии #physics #инженерия #science

💦Гидротаранный насос (или просто гидротаран)

💧 Гидростатический парадокс или парадокс Паскаля

😠 Принцип работы гидравлического пресса

⚙️ Принцип работы гидравлической машины

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

⚙️ График, который получается в результате таких манипуляций — трохоида, у которой опорная поверхность не плоская, а имеет переменный радиус кривизны. По сути это совокупность эпитрохоид, построенных на поверхности с переменным радиусом кривизны.

Для понимания процесса нужно записать на черновике два параметрических уравнения, которые получаются, когда кругл «катится» по плоскости:

x = r⋅t - h⋅sin(t)
y = r - h⋅cos(t)

Для эпициклоиды уже сложнее:

x = R⋅(m+1)⋅cos(m⋅t) - h⋅cos((m+1)⋅t)
y = R⋅(m+1)⋅sin(m⋅t) - h⋅sin((m+1)⋅t)

где m = r/R , R — радиус неподвижной окружности (опорная поверхность), r — радиус катящейся окружности. h — расстояние от центра катящейся окружности до точки маркера (за которой мы следим, точка, которая рисует).
Ну а если тут положить R → ∞ и h → R , то мы получаем уравнения классической циклоиды, график которой описывает крайняя точка на колесе машины, которая едет с постоянной скоростью и без проскальзывания.

❓Математические вопросы для наших подписчиков:
▪️ Попробуйте выразить явную зависимость y(x). Получится у вас это сделать?
▪️ На видео видно, что мы получаем семейство кривых, которые после каждого полного «круга» немного смещаются. Для этого смещения обязательно ли число зубьев на маленьком колесе и число зубьев на опорной кривой должны быть взаимно простыми числами? Или достаточно лишь того, чтобы они отличались хотя бы на 1 ?

➰ Красота параметрических кривых

⭕️ Точки пересечения кругов на воде движутся по гиперболе

🕑 Экстремальная задача на смекалку

#математика #mathematics #animation #math #геометрия #geometry #gif

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

💡 «Эффект Паули» — почему известному учёному запрещали появляться в лабораториях

Эффект назван по фамилии швейцарского физика Вольфганга Эрнста Паули, который был стопроцентным теоретиком. Он работал в области физики элементарных частиц и стал лауреатом Нобелевской премии 1945 года. Большинству из нас он известен благодаря "принципу Паули". Но прошу не путать "принцип Паули" с "эффектом Паули".

Принцип Паули — это квантово-механический принцип, который гласит, что два или более идентичных фермиона не могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии в квантовой системе. Но в статье речь не об этом, так что не пугайтесь.

Эффект же Паули заключается в том, что при появлении теоретика рядом с экспериментальной установкой результаты могут получиться неверными или эксперимент не удастся вовсе. Этот эффект не имеет никакого теоретического подтверждения и обоснования, но неоднократно наблюдался на практике разными людьми.

Известно, что Паули был стопроцентным теоретиком и при его появлении в лабораториях и на экспериментах, почти каждый раз что-то шло не так. Хотите верьте, хотите нет, но даже его друг Нобелевский лауреат Отто Штерн запрещал Паули находится в лаборатории во время проведения экспериментов.

Всё началось с того, что коллеги Паули начали замечать, что как только Паули входил в комнату, где проводились эксперименты, приборы тут же начинали показывать неверные значения и "сходили с ума". Сначала это называли "эффектом Паули" только те, кто непосредственно работал с Паули всё время. Но вскоре "слава" о Нобелевском лауреате вышла далеко за пределы его личных знакомств.

🕰 Эксперимент с часами: Проверить этот эффект взялись студенты Паули. Они соединили настенные часы с дверью через реле таким образом, что, когда открывается дверь, часы замедляли свой ход. Ничего не подозревающий Паули, зашёл в аудиторию, провел, как и планировал лекцию, а время сверял по тем самым часам, с которыми студенты связали реле. Как оказалось потом, часы так и не замедлили ход, вышло из строя реле.

Позже студенты сделали другой механизм. Они связали дверь с люстрой. Когда дверь открывалась, люстра должна была падать. Но когда дверь открыл Паули, ничего не произошло. В механизме что-то сломалось. Сам Паули увидел сложную конструкцию и сказал: "Как я понимаю, вы только что доказали эффект Паули".

🚂 Странный случай на железной дороге: Но самый невероятный случай произошел, когда Паули ехал из Цюриха в Копенгаген навестить и обсудить последние новости физики со своим небезызвестными приятелем Нобелевским лауреатом Нильсом Бором. Известный физик и ещё один Нобелевский лауреат Джеймс Франк работал в лаборатории в городке Геттинген. В Геттингенский университет как раз привезли самое современное и дорогое оборудование от передовых производителей для проведения сложных экспериментов по изучению атомов. Но когда Франк начал проводить эксперимент, что-то пошло не так и установка вышла из строя. Время происшествия было точно известно и, как позже выяснилось, как раз в эти минуты поезд, на котором ехал Паули, сделал короткую семиминутную остановку на станции в Геттингене.

Как я уже сказал, доказанных подтверждений эффекта или того, что Паули каким-то образом влиял на экспериментальные установки, нет. Возможно, всё это не более чем совпадения и стечения обстоятельств. Но и сейчас находятся люди, которые уверены, что встречались с такими людьми или сами являются ими. #физика #physics #science #наука

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib