Давление в колёсах. Часть первая. Архимед.

Идею этого поста случайно подсказал Владимир из Винницы, который внезапно вдруг Решил купить велосипедный насос с манометром, ну а дальше начали обсуждать кто такой пшик и сколько это в арабских цифрах. Порешили, что не будем там разводить 200 комментариев, а начнём всё сначала с чистой страницы, так сказать.

А начнём мы с самого интересного — с обозначений. Что имеется?

Самое важное, чем совсем немногие могут похвастаться — это тот самый насос с манометром. Ещё у нас есть вода в кране и какой-нибудь тазик, а также набор линеек со школы, ну и другие подручные средства. Ещё у нас есть, как ни странно, велосипед с колёсами стандартной конструкции, имеющие обод, камеру и покрышку. Почему не однотрубки? Ну не однотрубки и всё тут.

Многие (оказывается) задаются вопросом — какой объём моей камеры в колёсах — едут бывало по трассе и думают только об этом или бывало качают-качают свои колёса и спрашивают себя — да сколько ещё в тебя вместится-то какой же у тебя объём когда ты наконец накачаешься.  Вот тут-то и самое время найти таки этот объём камеры. Есть много способов это сделать, но для начала введём обозначения, которыми и прошу всех пользоваться (если что)

P1 — давление, до которого обычно по паспорту (или рекомендациям специалистов) накачивается камера. Узнаём его по показаниям манометра велосипедного или автомобильного или вот Владимиру повезло — у него встроенный в насос сразу. Тут стоит сразу сказать, что давление бывает в относительных и абсолютных единицах. Например в абсолютных единицах на улице будет давление 1атм. (атмосфера), а в относительных — 0атм. Атмосферное давление бывает разным на Земле в зависимости от высоты над уровнем моря, а также в зависимости от погодных условий. Поэтому атмосферное давление измеряют в абсолютных величинах, а относительная величина давления показывает — во сколько раз созданное давление больше (или меньше) атмосферного.

V1 — объём воздуха, закачанного в камеру, когда давление в камере достигло значения P1. Что же такое объём воздуха, равный 1 литру, например. Возьмите на кухне мерный стакан, посмотрите туда — на отметке 1л и будет литр воздуха. Вроде, пустой стакан, но там воздух — глупо, зато правда. Что можно сделать с литром воздуха — сжать его, например вдвое до 0.5 литров — а кто запретит, мой литр, что хочу с ним то и делаю. Чем? Насосом, но для наглядности можно прозрачным шприцом. Набираем в шприц атмосферный воздух 10мл. , затыкаем пальцем отверстие и давим на поршень до отметки 5мл, таким образом сжимая его. Для чего я тут пишу это — чтобы было чёткое понимание — что есть объём воздуха, а что есть объём ёмкости, которую занимает воздух.

Vкам1 — объём камеры, которая накачана до рабочего давления P1. Предполагается, что камера, достигнув этого объёма, при дальнейшем накачивании не станет больше расширяться, ну или расширение (увеличение объёма) камеры будет незначительным.

Какие ещё нужны нам цифры и буквы?

P2 — давление в спущенной камере, когда воздух из неё уже не выходит, то есть давление в камере будет равняться атмосферному.

V2 — объём воздуха спущенной камеры — это количество воздуха в камере находящегося там при атмосферном давлении.

Vкам2 — внутренний объём спущенной камеры.

Тут стоит сказать, что  P2 и Vкам2 будут каждый раз разными в зависимости от состояния камеры — как она лежит, где пережата, как натянута и т.д. Однако, давление в ней будет атмосферным.

Vв – это объём воздуха при атмосферном давлении, который заполняет или вытесняет вода. Об этом позже.

Я писал, что есть много способов определить объём камеры в домашних условиях, приведу два. В обоих случаях нужно открутить от колеса ось со всеми подшипниками, снять катафоты и всё остальное, что может задерживать в себе воздух при погружении под воду.   Взять таз, ёмкость, такими размерами, чтобы туда влезло наше колесо. Конечно, такую ёмкость сложновато найти на кухне или в ванной, но без этого не выйдет ничего в нашем эксперименте. Устанавливаем эту ёмкость строго горизонтально. Наливаем в таз воду так, чтобы колесо скрывалось под водой полностью с запасом, так как уровень воды может упасть или подняться, но не обнажить наше колесо и вода не должна перелиться через край.

1. Спускание воздуха из камеры под водой 

Что делаем в этом способе?  Берём подготовленное к погружению колесо, накачанное до рабочего давления P1 и погружаем его в воду. После того, как волны прекратятся опускаем в таз строго вертикально линейку и отмечаем (записываем на бумажка) показания линейки. Затем, спускаем из камеры весь воздух (жалко, но надо).  Однако, из камеры выйдет не весь воздух — да. Как спустить весь воздух? Самое простое (но не лёгкое) — это разбортовать колесо под водой, вытащить камеру, скрутить её и выпустить оставшийся воздух. Теперь возвращаем совсем спущенную камеру под воду, ждём пока пройдут волны и линейкой опять замеряем уровень воды в тазу. Разность уровней воды, умноженный на площадь таза и будет объём камеры, согласно закону Архимеда. Сложно? Да, сложно — как точно найти этот объём, если таз не цилиндрический, а может даже овальный. Сейчас у нас в тазу лежит колесо и ещё спущенная (совсем без воздуха) камера и понизившийся уровень воды. Есть выход! Вставляем линейку в таз и мерным стаканом доливаем воду в таз до первоначального уровня, при этом считаем наливаемую воду. Объём доливаемой воды и будет внутренним объёмом камеры.

2. Обратный способ — накачивание камеры под водой 

Всё проделываем наоборот. Берём разбортованное колесо, выпускаем весь воздух из камеры, вставляем камеру в колесо. Потом погружаем ещё разбортованное колесо под воду и выпускаем воздух из покрышки. Забортовываем колесо под водой. Теперь у нас под водой колесо, где между покрышкой и камерой нет воздуха. Как только волны утихнут, измеряем уровень воды вертикально установленной линейкой и накачиваем колесо под водой до рабочего давления P1. При этом уровень воды в тазу повысится. Это повышение и будет за счёт объёма камеры. Чтобы узнать этот объём производим те же действия, но обратные — отливаем воду из таза в мерный стакан пока уровень воды не упадёт до первоначального.

Кто знает ещё способы (а они есть) можете написать в комментариях. Итак, мы узнали объём камеры. Что это означает «объём камеры»? Это геометрический объём внутреннего пространства камеры, которая приняла свою форму в накачанном состоянии. И если бы она не была резиновой, а находилась всегда в таком состоянии, то объём воздуха в ней при выкрученном ниппеле и атмосферном давлении и будет равен объёму камеры. Другими словами, представим такое волшебство. Накачиваем шину до рабочего давления P1 и превращаем резину в прочный металл. Выкручиваем ниппель, воздух вырывается наружу, но камера не сожмётся, а атмосферный воздух будет свободно проходить в камеру и выходить из неё. Так вот, объём воздуха, находящегося в этой волшебной камере и будет объёмом камеры.

 

Давление в колёсах. Часть первая. Архимед.: 12 комментариев

  1. Kot

    да, если в нашу волшебную камеру закачать ещё столько же воздуха, то объём воздуха в камере станет равным 2*Vкам1 и будет равным 2атм в абсолютных единицах или 1атм в относительных. Соответственно, если в объём камеры Vкам1 поместить 3 таких же объёма воздуха, то там будет давление 3атм в абсолютных единицах или 2атм в относительных.

    1. Kot

      Это всего лишь вводная часть и она улучшит твою жизнь вдвое! 😀 Без этого не понять будет следующую часть — часть вторую.

  2. Kot

    представляете такое — летит на Землю небесное тело средних размеров, научные круги посчитали, что толщины воздушного слоя не хватит чтобы он полностью сгорел в атмосфере, а надо ещё чуть-чуть. Где взять? И тогда все автомобилисты и велосипедисты, мотоциклисты, а также дайверы и сварщики поддержали призыв ООН и все-все на всей планете взяли и выпустили воздух из своих емкостей — много это или мало? Да фик знает — считать надо. А тут уже Kot подогнал метод определения для шин. 😀
    Знаете почему в Америке ураганы? У них много машин, а чем больше машин, тем больше среднестатистическое количество проколов шин, а значит они только и делают там у себя, что накачивают и сдувают свои шины. 😀
    Я, конечно бред несу, но зато смешно, а это продлевает жизнь, в том числе твою, Владимир, что количественно улучшит ея 😀

    1. Руслан

      В Америке ураганы от машин, правильно. Только не от проколов, а от выхлопных газов — они портят воздух и природа посылает им чистый с небес или со стороны моря.
      И это касается не только Америки.

  3. Piramist

    Статья явно имеет широкий спектр действия на человеков, так как не будучи Владимиром, а всего лишь Сергеем, моя жизнь тоже только что улучшилась вдвое!
    Костя, спасибо! Слежу за твоими изысканиями. Извини, недостаточно пьян подкован в вопросах накачивания шин велосипедных и не могу подискутировать на тему. *PARDON*

  4. Павел

    А еще объем камеры можно вычислить, залив в нее воду, предварительно выкрутив ниппель (не разбортировав колесо конечно). А затем, всяв тазик, выжать в него из камеры всю воду, и измерить объем последней. Для верности добавив 5% на намокание, испарение.

    1. Kot

      сложно это будет — нужно накачать водой до рабочего давления — просто так залить воды не получится. При определённых обстоятельствах наверное и это выполнимо, если не жалко камеру

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *