Сцепное устройство БСУ-4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ ДЛИНЫ СВОБОДНОГО ПРОБЕГА МОЛЕКУЛЫ ВОЗДУХА

Считается, что при соударении молекулы идеального газа ведут себя, как абсолютно упругие шарики. Между двумя последовательными соударениями молекулы движутся прямолинейно и равномерно, проходя в среднем определенное расстояние, называемое средней длиной свободного пробега молекулы . Под столкновением молекул реальных газов подразумевают процесс их взаимодействия, в результате которого молекулы меняют направление своего движения. Столкновения молекул газа характеризуется эффективным поперечным сечением соударения , равным площади круга радиусом . Этот радиус, называемый эффективным диаметром молекулы , определяет то минимальное расстояние между центрами двух молекул, на котором возникают силы отталкивания, производящие действие, подобное удару.

Зависимость между , и описывается выражением

, (1)

где n - концентрация молекул газа при данных условиях.

Столкновения между молекулами играют огромную роль во всех газовых процессах, и в частности в процессах релаксации, т.е. в процессах произвольного перехода в равновесное состояние. К таким процессам относятся диффузия, теплопроводность, внутреннее трение. Исследование этих процессов позволяет определить характеристики столкновений молекул , и .

В данной работе значение определяется из зависимости

, (2)

где η - коэффициент вязкости,

- плотность газа, которая из уравнения Клапейрона - Менделеева определяется по формуле

, (3)

- средняя арифметическая скорость молекул, определяемая из выражения

, (4)

Коэффициент вязкости η при установившемся (ламинарном) течении газа (жидкости) в капилляре определяется по формуле Пуазейля, получаемой следующим образом. Объемный расход в секунду газа, проходящего через поперечное сечение капилляра радиусом r со средней скоростью , выразится: . За время t соответственно получим (5)

Скорость течения газа при градиенте давления связана с коэффициентом внутреннего трения соотношением, полученным экспериментально.

, (6)

где ℓ - длина трубки,

- разность давлений в начале и конце трубки.

Значение скорости (6) подставляем в равенство (5) , соответственно получаем

, (7)

Отсюда получим формулу Пуазейля

. (8)

Используя выражение (2),(3),(4),(8) , находим

(9)

или

, (10)

, (11)

где для данного опыта ,

Дж/моль∙К

кг/моль (для воздуха)

- давление, отсчитанное по барометру во время опыта,

Т – температура воздуха

r и ℓ- характеристики прибора.

Зная по формуле (1), можно найти и :

, где ,

- число Лошмидта, Па - нормальное давление, К - нормальная температура. Таким образом,

. (12)

Нужно иметь в виду, что найденные таким образом диаметры молекул представляют собой не истинные их размеры. Молекулы газа не являются шарами, и процесс столкновения – сложный процесс.

Вычисленный нами диаметр (12) дает лишь приблизительные значение размеров молекул, поэтому d называется эффективным диаметром молекул.

Установка представляет собой баллон А, наполненный на ¾ водой. Начальный уровень воды . Если открыть кран В, вода начнет вытекать струей или серией капель. Образование и отрыв капли происходит тогда, когда давление воздуха в сосуде А над жидкостью станет равным атмосферному. В результате отрыва капли объем воздуха над жидкостью в сосуде А будет увеличиваться, а давление уменьшаться, что придет к просачиванию воздуха через капилляр С. Но так как капилляр очень узкий и воздух через него просачивается очень медленно, на концах капилляра появляется разность давлений . Можно считать, что сразу после отрыва капли столб жидкости в сосуде находится в равновесии: , тогда ,

где - плотность воды,

g – ускорение свободного падения,

h – высота столба воды в сосуде после отрыва капли.

Высота h в сосуде меняется, поэтому меняется . Среднее за время опята значение равно:

. (13)

Используя (11) и (13) , получаем:

, (14)

где . (15)

Сцепное устройство БСУ-4

· Сцепное устройство БСУ-4 применяется в трех исполнениях:

- БСУ-4 – базовое исполнение пассивного устройства, см. рис. 1a;

- БСУ-4К – активное устройство с центрирующим конусом, см. рис. 1б);

- БСУ-4П – устройство с переходником для маневровых работ со сцепкой СА-3, см. рис. 1с).

Рис. 1. Конструкция беззазорного сцепного устройства БСУ-4 в базовом (пассивном) исполнении

1 – головка сцепки, 2 - автоматические клиновые замки, 3 - хвостовик, 4 - маятниковые рычаги, 5 - шарнирный узел, 6 - хомут, 7 - амортизатор, 8 - упорная плита, 9 - поглощающий аппарат, 10 - механизм расцепления, 11 -центрирующая балочка, 12 – плита,

Рис. 2. Конструкция беззазорного сцепного устройства БСУ-4К с центрирующим конусом (активное исполнение)

3 - хвостовик, 4 - маятниковые рычаги, 5 - шарнирный узел, 6 - хомут, 7 - амортизатор, 8 - упорная плита, 9 - поглощающий аппарат, 11 -центрирующая балочка, 12 – плита, 13 – центрирующий конус, 14 – клиновой зажим.

· На рис. 2 показан вариант БСУ-4К, который отличается от БСУ-4 наличием центрирующего конуса 13 и клинового зажима 14, который устанавливается вместо автоматического замка 2 и расцепного механизма 10.

· При формировании состава вагоны оборудуются с одной стороны устройством БСУ-4, а с противоположной стороны – устройством БСУ-4К.

· На рис. 3 показан вариант исполнения БСУ-4П с переходником 15, который используется при проведении маневровых работах для передвижения отдельных вагонов, локомотива, оборудованного стандартной автосцепкой СА-3.

· Рис. 3. Конструкция беззазорного сцепного устройства БСУ-4П с переходником для маневровых работ со сцепкой СА-3

Принцип работы сцепки БСУ-4 показан на рис. 4.