Поднимите воду с помощью винта Архимеда

Jul 01, 2023

Научный проект, бросающий вызов гравитации, от Science Buddies

Ключевые идеиФизикаЖидкостиГеометрияИнженерное дело

Введение Можете ли вы придумать, как заставить воду течь вверх в гору, не используя электричество? Древние греки открыли, как это сделать! Они разработали устройство под названием винт Архимеда, позволяющее переносить воду из одного места в другое. Этот инструмент настолько полезен, что широко используется и по сей день. В этом задании вы своими руками построите винт Архимеда с ручным приводом из простых материалов.

Фон Архимед Сиракузский родился в III веке до нашей эры. Он любил решать задачи и был одним из самых выдающихся изобретателей своего времени. Царь попросил Архимеда построить самый большой корабль. Этот корабль оказался негерметичным, и Архимеду пришлось изобрести устройство для удаления из него воды. Поэтому он сконструировал то, что мы сейчас называем винтом Архимеда. Это было очень эффективно, потому что в нем не было воды, и для его обслуживания требовался только один человек. Винт Архимеда вскоре стал использоваться и для транспортировки воды из низменных мест к арыкам. Конструкция настолько эффективна, что используется до сих пор. Например, его используют для подъема сточных вод на водоочистных сооружениях и даже для подъема воды в некоторых аттракционах. Это инструмент, который никогда не выходил из моды.

Винт Архимеда представляет собой разновидность объемного насоса. Насос прямого вытеснения улавливает жидкость из источника, а затем заставляет жидкость перемещаться к месту нагнетания. Винт Архимеда состоит из полого цилиндра и спиральной части (спираль может находиться внутри, но здесь вы поместите ее снаружи цилиндра). Один конец помещен в низкорасположенный источник жидкости, а другой конец наклонен вверх в более высокую зону разряда. Чтобы переместить воду, все, что вам нужно сделать, это повернуть винт. При движении винта он зачерпывает небольшое количество воды в первый карман. При следующем повороте винта первый карман с водой перемещается во второй карман, а новый черпак воды поступает в первый карман. Это движение продолжается, и в конце концов на другом конце выходит первая ложка воды.

Существует множество факторов, определяющих, насколько хорошо будет работать винт Архимеда, например, длина, его угол, радиус и многое другое. В этом проекте вы построите и продемонстрируете свой собственный винт Архимеда. При желании вы даже можете попробовать изменить конструкцию шнека, чтобы узнать, как заставить его поднимать воду быстрее!

Материалы

Подготовка

Процедура

Наблюдения и результаты Как винту Архимеда удается поднимать воду в гору? Когда вы сгибаете трубку в форме спирали, она образует отдельные карманы, в которых может скапливаться вода, поскольку трубка изгибается вверх с обеих сторон. Если вы посмотрите на свой винт сбоку, вы увидите эти карманы, наполненные водой. Когда вы вращаете винт, он захватывает чередующиеся карманы с воздухом и водой, а отдельные карманы перемещаются вверх по винту к верхнему контейнеру. Если вы наклоните винт вверх под слишком крутым углом, в конечном итоге одна сторона каждого кармана будет направлена ​​вниз, позволяя воде течь обратно вниз. Это легче всего увидеть, если вы поставите трубу вертикально — обратите внимание, что воде некуда «задержаться», не стекая вниз по склону.

Еще больше интересногоПеремещение воды с помощью винтового насоса Архимеда, от Science BuddiesАрхимед, от известных ученыхХождение по воде, от Scientific AmericanПодъем тяжестей с помощью рычага, от Scientific AmericanЗанятия STEM для детей, от Science Buddies

Это занятие представлено вам в сотрудничестве с Science Buddies.

Бен Финио — старший научный сотрудник Science Buddies и преподаватель Школы машиностроения и аэрокосмической техники в Сибли Корнеллского университета. Следуйте за ним в Твиттере @BenFinio.

Лорен Дж. Янг

Люк Тейлор и журнал Nature

Челси Харви и E&E News

Тим Верниммен и журнал Knowable Magazine