1.4 Физические основы центрифугирования

Центрифугирование - метод разделения (сепарации)

неоднородных систем под действием искуственного гравитационного

поля, создаваемого во вращающихся системах. Например, разделение

суспензий, эмульсий на составные части с различной плотностью

Вращение с большой частотой позволяет значительно ускорить процесс

разделения по сравнению с разделением в поле тяжести Земли

На частицу с объемом V в гравитационном поле действует сила

тяжести mg = p(ч)Vg и архимедова сила F(а) = p(ж)Vg

Сила, вызывающая отделение частицы от жидкости

В первом случае отделяемые частицы собираются на поверхности

жидкости, во втором - на дне Процесс разделения происходит тем

быстрее, чем больше разделяющая сила Fp то есть, чем больше разница

плотностей Р(ж)-Р(ч), чем больше объем частицы V и чем больше

напряженность гравитационного поля

то есть ускорение свободного падения При

центрифугировании как раз и создается гравитационное поле с большой

напряженностью g' Согласно одному из основных постулатов физики,

8 движущейся с ускорением а системе создается гравитационное

поле, направленное в сторону, противоположную ускорению Этот факт

можно проверить в лифте поднимающемся с ускорением Так же

объясняются перегрузки испытываемые космонавтами в стартующей

космической ракете. Использовать для создания сильного

гравитационного поля поступательное движение с ускорением сложно

Проще получать большие ускорения при вращательном движении

Как известно из кинематики вращательного движения, тело,

перемещающееся по окружности, движется с центростремительным

ускорением, направленным к центру окружности

ЗАДАЧИ И ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ I

1 Камень массой m = 100кг падает с высоты Н в песок Объясните, -

какие превращения энергии при этом происходят Какая скорость камня

у поверхности Земли? На сколько повысится температура камня?

Принять, что половина механической энергии камня пойдёт на его

нагревание. Удельная теплоёмкость камня 7 102 Дж/кг К

2.В жаркий день брызги воды взлетают вверх над водопадом и

испаряются в горячем воздухе. Какие превращения энергии при этом

происходят?

3.Сжатая металлическая пружина помещается в кислоту, где

растворяется. Куда при этом девается потенциальная энергия сжатой

пружины?

m1 = m2 =m3 =m4 =m5=m =1000 кг, v1 =v =10 м/с

Найдите скорости шаров 1, 2, 3, 4, 5 после центральных

соударений и количество механической энергии, превращающейся при

этом во внутреннюю. Рассмотреть два случая. а) абсолютно упругий и б)

абсолютно неупругий удар.

5. В какую сторону надо размешивать ложечкой чай: по часовой

или против часовой стрелки, чтобы ускорить растворение сахара.

6.Найдите эффективность разделения в центрифуге с частотой

вращения 10000 Гц и диаметром 40см?