【种花家务·物理】1-12-07离心机械『数理化自学丛书6677版』

【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的注解。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。  

第十二章曲线运动，转动

【山话||  本系列专栏中的力单位达因等于10⁻⁵牛顿；功的单位尔格等于10⁻⁷焦耳。另外这套老教材中的力的单位常用公斤，如今是不允许的，力是不能使用公斤为单位的】

§12-7离心机械

【01】在技术上，有些机械都是依靠物体在圆周运动中所呈现的现象来工作的。这种机械统称为离心机械。这里我们只讨论经常用到的两种。

1、瓦特节速器

【02】瓦特节速器是用来使机器保持一定的每秒转数的装置。它的结构如图12·28所示。

【03】节速器的轴 AB 随机器一起转动。轴 AB 的上端用活动接头连接了两根棒。两根棒的下端各有一个重球 M  。当轴 AB 随着机器转动时，两重球 M 都要向外偏开（参阅下面例11），这就提高了轴上的套筒 K，同时压缩了弹簧 N、套筒 K 依靠杠杆与阀 C 连接在一起。阀 C 开得大一些或小一些可以调节从汽锅进入汽缸的蒸汽的量（箭头表示蒸汽通入的方向）。当机器的每秒转数超过正常数值时，套筒 K 升高，这时阀 C 就关得紧一些，使进入机器汽缸内的蒸汽数量减少，于是机器的转速减低。反之，当机器的每秒转数低于正常数值时，由于弹簧的弹力和重球重量的作用，套筒 K 下降，这时阀 C 就开得大一些，使进入机器汽缸内的蒸汽数量增加，于是机器的转速增加。这样，就可以使机器保持一定的转速。

【04】现在，在蒸汽机、蒸汽轮机和水力发电机里都装有类似的节速器。

2、离心抽水机

【05】大家总看到过活塞打水机，它和第三章中所讲的打气筒相类似，但它只能断续地把水送到需要的地方去，因而效率不高。而离心抽水机却可以连续不断地抽水，效率比较高。图12·29是它的构造和作用原理。

【06】图中 C 是一个带有叶片的轮子，它固定在壳套里的转动轴上。当轮子 C 迅速转动时，壳套里的水就被叶片带着一起转动。因为水各部分之间的相互作用力太小，不足以维持水作圆周运动，所以一部分水由于惯性就沿切线方向冲入 B 管。这样，壳套里转动轴附近的压强就要小于1个大气压，形成低压区域。于是外面的大气压强就迫使新的水从壳套后面的管 A 升到这个区域，代替已经排出的水，这部分新升入壳套里的水又被轮子 C 带着一起转动，于是又有一部分水由于惯性而冲入 B 管，这样，就可以连续不断地把水抽上去，然后从 B 管喷出。图中的箭头表示轮子 C 的转动方向和水的流动方向。

例11.已知瓦特节速器上装有重球的两根棒各长20厘米。设机器在运转时，该棒与竖直的转动轴 AB 之间的夹角为60°。求此时节速器的转速为多少。

【解】

(1)如图12·30所示，设 AM 棒的长为l，两重球的重量都为 mg  。节速器在某时刻以每秒 n 转的转速转动时，棒 AM 与转轴 AB 之间成 θ 角，AM 棒作用于球 M 上的拉力为 T，棒的质量忽略不计。

        球 M 受到 T 和 mg 两个力的作用，这两个力的合力 F 就是它在水平面内作圆周运动所需要的向心力，所以 F＝mgtg θ   。

        球 M 作圆周运动的半径 R＝lsinθ ，它的线速度 v＝2πRf＝2πf lsinθ  。f是节速器的频率。所以  。

        两式相等，得  。

        从上式可知，节速器频率f越大，即转速越快，cosθ 应该越小，即 θ 应该增大。这就是前面所讲的，机器转动时，两重球 M 要向外偏开，转速越大，偏得越开（即 θ 越大）的道理。

(2)把题目中列出的数值代入，即 l＝20厘米，θ＝60°，则，即节速器每秒转1.6转。