Tại sao hệ thống cấp nước lại “hát”?

30

Tại sao hệ thống cấp nước lại “hát”?

E. I. PALCHIKOV

Đồng ý rằng ống nước “penine”, đặc biệt là vào giờ này, không mang lại nhiều niềm vui. Cố gắng loại bỏ những âm thanh khó chịu hoặc ít nhất là hiểu lý do xuất hiện của chúng, bạn mở vòi nước. Thường thì điều này dẫn đến không có gì. Nhưng đôi khi điều đó xảy ra như thế này: chỉ cần mở vòi đã đóng trước đó là đủ và tiếng ù sẽ chuyển sang một nốt khác hoặc biến mất hoàn toàn. Vậy tất cả là do vòi à? Hóa ra là có. Chính xác hơn là vòi bị lỗi.

Đối với một nhà vật lý thực nghiệm, nguồn cung cấp nước “đóng băng” có thể đóng vai trò là một đối tượng tốt cho nghiên cứu và việc loại bỏ “tiếng hát” có thể là một công việc tốt trong phòng thí nghiệm LAB với một lối thoát hữu ích cho những người khác.

Như đã biết, nguồn âm thanh có thể là bất kỳ vật thể nào rung động với tần số âm thanh.*) Chúng ta hãy xem xét các dao động xảy ra ở đâu và như thế nào trong hệ thống vòi cấp nước.

Hình 1 cho thấy một trong những thiết kế có thể có của vòi nước. Trong đó, một tấm chắn bao gồm vòng đệm kim loại và miếng đệm cao su được ép bằng vít vào bên cạnh, hạn chế lỗ tròn để nước chảy vào vòi. Điều gì xảy ra nếu vòi mở nhẹ? Qua hình vẽ có thể thấy nơi hẹp nhất mà nước đi qua là khoảng trống giữa mép đáp án và mặt dưới của rào chắn. Vì thể tích nước đi qua mỗi đơn vị thời gian qua bất kỳ mặt cắt ngang nào của đường ống dẫn nước không đổi nên ở nơi hẹp nhất tốc độ di chuyển của nước sẽ cao nhất. Ở phía trên của rào chắn, tốc độ nước thấp hơn đáng kể so với phía dưới. Khi tốc độ của chất lỏng di chuyển qua ống nước thay đổi thì áp suất cũng thay đổi. Theo định luật Bernulia, tốc độ càng cao thì áp suất càng thấp và ngược lại.*)

Ở những tốc độ dòng nước nhất định và các kích thước “thuận lợi” của rào chắn, phản ứng và khe hở, có thể tổng các lực áp lực tác dụng lên rào cản lực sẽ nhỏ hơn nhiều so với các lực áp suất từ ​​phía trên, và rào cản sẽ bị ép lên phản ứng. Rõ ràng, tình trạng này không thể tiếp tục lâu dài. Ngay khi rào cản chặn nước, tốc độ là

31

khe hở sẽ giảm xuống, áp suất bên dưới sẽ tăng lên và nắp sẽ đẩy các lỗ lên trên. Sau đó quá trình sẽ lặp lại từ đầu.

Các dao động giảm chấn mà chúng ta đã xem xét có thể xảy ra trên một dải tần số khá rộng. Tuy nhiên, từ thực tế, người ta biết rằng mỗi nguồn cung cấp nước đều “hát”, theo quy luật, trên một nốt riêng của nó. Nhiều nhất là hai hoặc ba. Tại sao?

Hóa ra vai trò chính ở đây là do các ống nước chứa đầy nước đảm nhận. Dưới tác động của bộ giảm chấn, các dao động cũng phát sinh trong chúng và nước phản ứng mạnh nhất với những tần số mà tại đó nó có thể dao động. Đây là biểu hiện cụ thể của hiện tượng cộng hưởng nổi tiếng nên không phải ngẫu nhiên mà đoạn ống dẫn nước tương ứng được gọi là cộng hưởng. Do đó, trong số tất cả các tần số dao động có thể có của bộ giảm chấn trong vòi, chỉ những tần số được “chọn lọc” mà tại đó nước đó có thể dao động trong các phần của đường ống liền kề với vòi.

Trong trường hợp này, sự rung động của mực nước giúp giảm rung động và kiểm soát chúng. Van điều tiết lấy một phần năng lượng từ nước chảy từ vòi và tách năng lượng này khỏi lượng nước dao động trong đường ống. Nói cách khác, sự dao động của bộ giảm chấn làm cho nước dao động, từ đó làm cho bộ giảm chấn dao động. Để dao động không bị suy yếu, van phải dao động cùng lúc với dao động của mực nước lân cận.

Lưu ý rằng hệ thống đang được xem xét chỉ thực sự được quan sát khi

Hình 1.

Khi van điều tiết bị lỏng và có khả năng chuyển động tự do trong giới hạn nhất định của nước, trục vít và gioăng cao su bị biến dạng nghiêm trọng và lặp lại mép tiếp theo xung quanh phản ứng.

Và một điều nữa. Tất nhiên, toàn bộ quá trình phát sinh từ đường ống phức tạp hơn nhiều so với những gì được mô tả ở trên. Tuy nhiên, khái niệm về bản chất vật lý của các quá trình xảy ra trong nguồn cung cấp nước “uống” có thể mang lại sự trợ giúp thiết thực thực sự - tìm ra các vòi bị lỗi.

Ví dụ: nếu khi bạn mở vòi đã đóng trước đó, “penine” thay đổi hoặc dừng, thì điều này có nghĩa là phần ống có vòi của bạn đi vào bộ cộng hưởng. Sự thay đổi “penin” thường xảy ra do những thay đổi về kích thước và hình dạng của bộ cộng hưởng (hoặc tổn thất trong nó). Việc ngừng (gián đoạn) dao động có thể là hậu quả của sự thay đổi áp suất trong đường ống, tăng tổn thất trong thiết bị cộng hưởng hoặc giảm năng lượng cung cấp từ vòi. Và nếu sau khi mở vòi, “penine” không thay đổi, điều này có nghĩa là phần ống của bạn không cộng hưởng? Hãy tự mình suy nghĩ về câu hỏi này.

Trong mọi trường hợp, cách tốt nhất để loại bỏ “penin” là tìm và sửa chữa vòi (hoặc các vòi) trong đó miếng đệm bị hỏng hoặc bung ra. Chỉ cần thay gioăng cao su và nếu cần, giảm khả năng di chuyển van điều tiết - và các rung động sẽ biến mất. Làm thế nào điều này có thể được thực hiện một cách thực tế?

Để thực hiện, trước tiên bạn cần tắt nguồn cấp nước bằng vòi khẩn cấp (thường đặt trong phòng tắm hoặc trong bếp dưới bồn rửa), sau đó dùng chìa khóa hoặc kìm để mở thân vòi đang sửa (trong trường hợp không phải là trường hợp khẩn cấp!). Để không làm ảnh hưởng đến lớp mạ niken phía dưới, bạn cần mở nắp hộp cẩn thận, đặt nhiều lớp giấy hoặc vải dưới kìm. Sau đó, một miếng đệm mới được cắt ra từ cao su có độ dày phù hợp (thường từ 2 đến 4 mm) và đặt vào vị trí của miếng đệm bị lỗi (hoặc bị thiếu một miếng đệm nào đó). Ở hầu hết các vòi gia dụng, miếng đệm phải nằm trong hốc của vòng đệm kim loại và được giữ cố định do đường kính của nó lớn hơn một chút so với đường kính của hốc -