Фізика. 7 клас. Пістун

§ 36. Сполучені посудини

1. Властивість рідин передавати тиск в усіх напрямах без зміни дає змогу пояснити будову сполучених посудин.

Дві або більше посудин, з’єднаних між собою так, що рідина може перетікати з однієї до іншої, називають сполученими посудинами.

Прикладами сполучених посудин можуть слугувати рідинний манометр, система водогону, водомірне скло парового котла, кровоносна система людини та інше. Найпростішими сполученими посудинами є поливальниця і чайник, яким ми користуємося щодня.

Якщо взяти дві скляні трубки і з’єднати їх гумовою трубкою, то утворяться сполучені посудини (рис. 107, а). Наливаючи воду в праву трубку, ми помітимо, що вода буде перетікати в ліву трубку. При цьому рівні води в обох трубках увесь час будуть однаковими.

Піднімемо праву трубку вище лівої (рис. 107, б). Ми помітимо, що відносно верхнього кінця правої трубки рівень води знизиться, а відносно верхнього кінця лівої трубки — підвищиться. Проте один відносно іншого рівні поверхні води в трубках залишаються однаковими, тобто будуть лежати на одній і тій самій горизонтальній площині.

Нахилимо праву трубку, залишивши ліву у вертикальному положенні (рис. 107, в). Вода у правій трубці встановиться горизонтально, і рівні води в трубках залишаться однаковими. Якщо трубки заповнити іншою рідиною, наприклад, олією, гасом чи ртуттю, то все одно рівні рідини в трубках будуть однаковими.

Рис. 107

У сполучених посудинах поверхні однорідної рідини завжди встановлюються на одному рівні. Це твердження іноді називають законом сполучених посудин. Він справджується за умови, що тиск на поверхнях рідини в обох посудинах однаковий. Як ви вже знаєте, саме за різницею рівнів рідини в трубках рідинного манометра можна судити про значення тиску.

2. Пояснити одержаний результат можна так. Рідина у посудинах не переміщається, отже, значення тиску в них на однаковому рівні, у тому числі і на дно, однакові. Рідина у посудинах має однакову густину, оскільки вона однорідна. Тоді відповідно до формули p = pgh висоти стовпів рідини у посудинах повинні бути однаковими.

Рис. 108

3. Змінимо умови досліду: у ліву трубку наллємо воду, а в праву — олію, густина якої менша від густини води. Побачимо, що рівень води у лівій трубці буде нижчим, ніж рівень олії в правій трубці (рис. 108).

Цей факт пояснюється тим, що тиск рідини на дно посудини залежить від висоти стовпа рідини і від її густини. За однакових тисків на дно чим більша густина рідини, тим менша висота її стовпа. У цьому досліді густина олії менша за густину води, тому висота стовпа олії більша за висоту стовпа води.

Цей висновок також можна отримати аналітично (використавши формули). Нехай густина води p1, висота її стовпа h1, тиск водяного стовпа на рівні АВ посудини p1 = p1gh1. Густина олії p2, висота стовпа h2, його тиск на рівні АВ посудини p2 = p2gh2.

Оскільки p1 = p2, то p1gh1 = p2gh2. Звідси p1h1 = p2h2 або

Таким чином, рідини, що мають різні густини, встановлюються у сполучених посудинах на різних рівнях; у скільки разів густина однієї рідини більша за густину іншої, у стільки разів менша висота її стовпа за рівності тисків на поверхні в обох посудинах.

Запитання для самоперевірки

  • 1. Які посудини називають сполученими?
  • 2. Наведіть приклад сполучених посудин.
  • 3. Чому в сполучених посудинах рівні однорідної рідини одинакові, а рідин, що мають різні густини, різні?
  • 4. Яке співвідношення між висотами стовпів рідин з різною густиною у сполучених посудинах та їхніми густинами?

Завдання 26

  • 1. Поясніть принцип дії рідинного манометра.
  • 2*. Сполучені посудини частково заповнили ртуттю. У праву посудину доливають шар води заввишки 30 см. Визначте перепад висот h між рівнями поверхні води у правій посудині і рівнем ртуті у лівій.
  • 3. В одному коліні сполучених посудин знаходиться вода, а в іншому — гас. Рівень якої рідини вищий і в скільки разів?