Question

на рисунке изображен разрез предохранительного клапана. Рассчитайте, какой груз надо повесить на рычаг, чтобы пар не выходил через клапан. Давление в котле в 12 раз больше нормального атмосферного давления. Площадь клапана 3см в квадрате, вес клапана и вес рычага не учитывать. Плечи сил измерьте по рисунку. Куда нужно переместить если давление пара в котле увеличится? уменьшится? Ответ обоснуйте.

Answer 1

Рассмотрим критическое условие равновесия рычага, когда сила давления пара уравновешивается весом груза.
Для того, чтобы рычаг находится в равновесии, нужно чтобы сумма моментов обоих сил относительно закрепленной оси О была равна нулю:
M₁+M₂=0
OA*F₁ - OB*F₂=0
OA*F₁ = OB*F₂
OB/OA = F₁/F₂ 
По рисунку видим, что OB/OA ~ 5, следовательно F₂ = F₁/5

Найдём F₁:
F₁ = p*S = 12 * p(атм) * S, где p(атм) - нормальное атмосферное давление, S - площадь сечения клапана
Отсюда, F₂ = F₁/5 = 2,4 * p(атм) * S

Нам же нужно найти массу груза:
F₂ = m * g -> m = F₂/g = 2,4 * p(атм) * S / g = 2,4 * 101300 H/м^2 * 3*10^-4 м^2 / 10 H/кг ~ 7,3 кг
Ответ: 7,3 кг