30
Почему «поет» водопровод?
Е. И. ПАЛЬЧИКОВ
Согласитесь, что «пенине» водопроводных труб, особенно в позиний час, не доставляет особого удовольствия. Пытаясь избавиться от непряятных звуков или хотя бы понять причину их возникновения, вы открываете водопроводный краан. Часто это ни к чем не приводит. Но иногда бывают и так: достаточно открыть краан, который до этого был закрыт, и гудение либо переходит на другую ноту, либо пропадает вовсе. Значит, причиной всему водопроводный краан? Оказывается, да. Точнее — неисправный краан.
Физику-экспериментатору «поощий» водопровод может послужить хорошим объектом для исследований, а избавление от «пения» — неплохойLABораторной работы с полезным выходом для окружающих.
Как известно, источником звука может быть любое тело, колблющесся со звуковой частотой.*) Рассмотрим, где и каким образом возникают колбания в системе водопровод — краан.
На рисунке 1 изображена одна из возможных конструкций водопроводного крана. В нем заслона, состоящая из металлической шайбы и резиновой прокладки, прижимается винтом к бортику, ограничивающей круглое отверстие, через которое вода поступает к крану. Что произойдет, если краан следует приоткрыть? Из рисунка видно, что самоое узкое место, через которое проходит вода, это щель между краями ответия и нижней стороны заслони. Так как объем воды, проходящий в единицу времени через любое поперечное сечение водопровода, остается постоянным, в самом узком месте скорость движения воды будет самой большой. С верхней стороны заслони скорость воды существенно меньше, чем с нижней. При изменении скорости жидкости, движущейся по водопроводу, меняется и давление. В соответствии с законом Бернулии, там, где больше скорость, меньше давление и наоборот.*)
При некоторых скорости расхода воды и «благоприятных» размерах заслони, ответия и щели может оказаться, что сумма сил давления, действующих на заслонику силы, будет намного меньше сил давления сверху, и заслона прижмется к ответию. Очевидно, что долго такая ситуация продолжаться не может. Как только заслона перекроет воду, скорость в
31
зазоре упадет, давление сниузу повышается, и заслонку отбросит отверстия вверх. После чего процесс повторится сначала.
Колебания заслонки, которые мы рассмотрели, могут произойти в довольно широком интервале частот. Однако из практики известно, что каждый водопровод «поет», как правило, на одной, своей ноте. В крайнем случае на двух-трех. Почему?
Оказывается, здесь главную роль играют трубы водопровода, заполненные водой. Под влиянием заслонки в них тоже возникают колебания, причем сильнее всего столь воды откликается на те частоты, на которых может колебаться он сам. Это — конкретное проявление известного явления резонанса, поэтому неслучайно, что соответствующий участок водопровода называют резонансом. Таким образом, из всех возможных частот колебаний заслонки в кране «выбираются» только те, на которых может колебаться столь воды в прилегающих к крану участках трубопровода.
При этом колебания стольа воды помогают колебаниям заслонки, управляют ими. Заслонка же отбирает часть энергии у вытекающей из крана воды и отделяет эту энергию колеблющему в трубах стольу воды. Другими словами, колебания заслонки вызывают колебания воды, а последнее, в свою очередь, заставляют колебаться заслонку. Для того чтобы колебания не ослабвали, заслонка должна колебаться в такт с колебаниями прилегающего к ней стольа воды.
Заметим, что рассмотренная система наблюдается реально только тогда,
Рис. 1.
Когда заслонка расхлябана и имеет возможность свободно двигаться в некоторых пределах воды оси винта, а резиновая прокладка сильно деформирована и повторяет очередная бортика вокруг ответствия.
И еще. Все процесSIONе в результате трубопроводе, конечно, намного сложнее того, что было описано выше. Тем не менее понятие физической существии процессов, происходит их в «пющем» водопроводе, может оказать реализную практическую помощь — найти неисправные краны.
Например, если при открывании вашего, ранее закрытого крана, «пенине» изменилось или прекратилось, то это означает, что участок труби с вашим краном входит в резонанор. Изменение «пенина» обычно происходит за счет изменения размеров, формы резонантора (или потерь в нем). Прекращение (срыв) колебаний может быть следствием изменения давления в трубопроводе, увеличения потерь в резонанте или уменьшения энергии, поступающей от крана. А если после открывания вашего крана «пенине» не изменилось, говорит ли это о том, что ваш участок труби не резонирует? Подумайте над этим вопросом самостояльно.
Во всяком случае радиальное средство избавления от «пенина» состоит в том, чтобы отскать и починить кран (или краны), в котором сделформировалась или выскочила прокладка. Достаточно сменить резиновую прокладку, а при необходимости и уменьшить возможность передвижения заслонки — и колебания пропадут. Как же это сделать практически?
Для этого нужно сначала перекрыть водопровод авариным краном (которые обычно расположен вванной комнате или в кухне под раковиной), затем ключом или плоскогубцами открыть корпус ремонтируемого крана (ни в коем случае не авариного!). Чтобы не нарушить нижнюю нikelировку, открывать крышку корпуса нужно осторожно, подложив под плоскогубцы несколько слоев бумаги или ткани. После этого из резины подходящей толщины (обычно от 2 до 4 мм) вырезается новая прокладка и ставится на место неисправной (или отсутствующей вовсе). В большинстве бытовых кранов прокладка должна лежать в углублении металлической шайбы и держаться за счет того, что ее диаметр чуть больше диаметра углубки-