Вспомним опыт из урока про атмосферное давление.
Если опустить шприц в воду и начать вытягивать поршень, то вода последует за поршнем.
Это объясняется тем, что при вытягивании поршня, между водой и поршнем почти отсутствует воздух, из-за чего создаётся зона пониженного давления. В то же время атмосфера давит на свободную поверхность воды и как-бы вталкивает её в зону пониженного давления в шприце.
Если вдавить поршень, он вытолкнет воду обратно. Однако есть много задач, в которых требуется не выталкивать жидкость обратно, а направлять её куда-то дальше. Это называется качать жидкость.
Чтобы после набора воды, она не вытекала обратно, закроем входное отверстие коническим клапаном.
При вытягивании поршня, вода, устремляясь в зону пониженного давления, приподнимает клапан и проникает в цилиндр. В реальности клапан должен быть закреплён, чтобы вода его полностью не снесла. Но мы не будем вдаваться в такие детали и рассмотрим только общий принцип действия устройства, которое у нас получится в итоге.
Когда начинаем вдавливать поршень, клапан смещается в сторону отверстия и плотно закрывает его. После этого вода не может вытечь обратно. Остаётся её перенаправить в другую сторону. Для этого изменим форму рукоятки поршня, а в его середине сделаем отверстие и поставим такой же конический клапан.
Теперь, при вдавливании поршня, нижнее отверстие остаётся закрытым, а клапан поршня приподнимается под давлением воды и она устремляется за поршень.
При вытягивании поршня, атмосферное давление снова вталкивает воду вместе с нижним клапаном в зону пониженного давления. А воду за поршнем, поршень проталкивает дальше, так как верхний клапан её обратно не пускает. Удлиним стенки цилиндра.
Затем снова вдавим поршень. Под давлением воды открывается его клапан, и вода проникает за него. При каждом ходе поршня, уровень поды над ним будет всё выше и выше. Чтобы направить её в нужную сторону, сделаем в цилиндре отвод.
Теперь при каждом ходе поршня, вода будет уходить в этот отвод. Через него водой можно заполнить какую-нибудь ёмкость.
Таким образом, из шприца мы получили насос. Такой насос называется всасывающим.
Он способен втягивать воду поршнем на высоту не более 10 метров. При высоте столба воды примерно 10 метров, его давление компенсирует атмосферное давление. Из-за этого атмосферное давление не может протолкнуть воду дальше.
Теперь рассмотрим другой тип насоса – нагнетательный.
Он способен поднимать воду на любую высоту. Его нижняя часть такая же, как и у всасывающего насоса — она состоит из цилиндра с клапаном на отверстии. В поршне клапана нет, он цельный.
Сбоку цилиндра отвод, ведущий к воздушной камере с таким же клапаном.
При вытягивании поршня, под ним создаётся пониженное давление. Атмосфера заталкивает жидкость в цилиндр. Клапан воздушной камеры закрыт.
Начинаем вдавливать поршень. Под его давлением вода закрывает нижний поршень и одновременно открывает клапан воздушной камеры. Вода начинает проникать в неё. В камеру встроена трубка. Под давлением поршня, вода устремляется дальше в трубку.
Повторяем цикл. Высота воды в трубке увеличивается. И, через несколько циклов, вода достигнет вершины трубки.
Трубка может быть очень высокой. Например, 100 метров. Главное, чтобы у поршня хватило силы затолкать воду на эту высоту.