Фізика. Повторне видання. 7 клас. Засєкіна
§ 19. Досліджуємо сполучені посудини
• Які особливості мають сполучені посудини?
ДОСЛІДЖУЙ
1. У шкільному кабінеті фізики є з’єднані між собою посудини різної форми, у яких рідина може вільно перетікати з однієї посудини в іншу (мал. 19.1). Їх називають сполученими посудинами (connected vessels). Вислови припущення, яким буде рівень рідини в кожній посудині, якщо наповнювати лише одну з них.
2. Уяви, що тобі доручили відмітити горизонтальну лінію на стіні, щоб розташувати плакати, підготовлені до тижня фізики в школі. У твоєму розпорядженні є прозорий шланг певної довжини, вода, олівець і лінійка. Що будеш робити?
ДІЗНАВАЙСЯ
У чому полягає властивість сполучених посудин? Найпростіші сполучені посудини — це дві з’єднані між собою трубки (мал. 19.2).
Мал. 19.2
Якщо в одну з трубок наливати воду, то вода перетікатиме в другу. Коли рух води припиниться, вода в обох трубках (обох колінах сполучених посудин) установиться на одному рівні (мал. 19.2, а). Якщо нахиляти або піднімати одне з колін, то вода перетікатиме з коліна, розташованого вище, поки рівні води в обох колінах не будуть однаковими (мал. 19.2, б). У цьому полягає основна властивість сполучених посудин.
У сполучених посудинах будь-якої форми поверхні однорідної рідини встановлюються на однаковому рівні (за умови, що тиск повітря над рідиною однаковий).
Це правило можна обґрунтувати, міркуючи так: рідина в спокої не переміщується з однієї посудини в іншу, отже, її тиски в обох посудинах на будь-якому рівні однакові:
p1 = р2, або pgh1 = pgh2.
Оскільки рідина в обох посудинах одна й та сама, тобто має однакову густину, то має бути і однакова її висота: h1 = h2.
А якщо в сполучені посудини налити різні рідини? Чи буде виконуватись основна властивість сполучених посудин?
Сполучені посудини
Якщо в одну зі сполучених посудин налити рідину однієї густини, а в другу — іншої, то рідини розмістяться так, що їхні рівні будуть різними (мал. 19.3). У разі однакового тиску висота стовпчика рідини з більшою густиною буде менша за висоту стовпчика рідини з меншою густиною:
Мал. 19.3
Де використовують сполучені посудини? Прикладами сполучених посудин є: поливальниця, чайник, кавник, фонтан, артезіанський колодязь, водяний рівень (мал. 19.4). Цей принцип використовують у шлюзах, гідравлічних пристроях, водопроводі.
Мал. 19.4
Для вимірювання тиску застосовують манометри (manometer). Рідинний манометр складається з металевого або дерев’яного вертикального корпусу, на якому закріплена U-подібна скляна трубка і шкала для вимірювання висоти рівня рідини в кожному коліні трубки. Один із кінців трубки відкритий. До іншого кінця приєднують резервуар, у якому потрібно виміряти тиск. Наприклад, щоб визначити тиск повітря у груші (мал. 19.5), розмірковують так. На рівні АВ тиск у рідині однаковий. У точці В це буде тиск рп — тиск повітря в груші, у точці А — атмосферний тиск ратм плюс гідростатичний тиск стовпчика рідини висотою h: pп = pатм + ρgh.
Мал. 19.5
Вимірявши різницю рівнів рідини в колінах трубки (h), можна визначити, на скільки тиск газу в груші відрізняється від атмосферного.
На малюнку 19.6 показано, як рідинним манометром можна вимірювати тиск усередині рідини. За допомогою гнучкої трубки одне з колін манометра з’єднують із круглою плоскою коробочкою, затягнутою гумовою плівкою. Якщо натиснути на плівку, то рівень рідини в коліні манометра, з’єднаного з коробочкою, знизиться, а в другому — на стільки само підвищиться.
Мал. 19.6
ДУМАЙ
1. Для чого стічну трубу під умивальником роблять зігнутою у формі коліна?
2. Кран між посудинами з водою, зображеними на малюнку 19.7, закритий. Поясни, що відбуватиметься, якщо кран відкрити.
Мал. 19.7
3. Скористайся додатковими джерелами інформації та дізнайся про принцип роботи шлюзу (мал. 19.8). Які дії виконують автоматичні пристрої для переведення судна через камери шлюзу?
4. Вода в ґрунті чинить гідростатичний тиск, що може призвести до руйнування фундаменту й потрапляння води в будинок (мал. 19.9). Поясни, які знання з біології, хімії, географії та фізики необхідні, щоб убезпечити будинок від руйнівної дії води.
5. Допоможи песику. Чи всім цуценятам дістанеться молоко (мал. 19.10)?
Мал. 19.10
УЧИСЯ РОЗВ’ЯЗУВАТИ ФІЗИЧНІ ЗАДАЧІ
ЗАДАЧА
У праве коліно сполучених посудин налито олію, а в ліве — воду. Висота стовпа олії становить 10 см. Яка висота стовпа води, виміряна від межі поділу олії та води? Густина олії — 900 кг/м3.
ДІЙ
РОЗВ’ЯЖИ ЗАДАЧІ
1. В одне з колін сполучених посудин, частково наповнених водою, налили шар нафти. Якою буде різниця рівнів води у сполучених посудинах, якщо висота стовпчика нафти 15 см?
2. У U-подібну трубку налито ртуть. В одне коліно доливається вода. Якої висоти повинен бути стовпчик води, щоб рівень ртуті в другому коліні піднявся на 1 см?
3. Визнач різницю рівнів води й гасу, яка встановиться після відкриття крана. Густина гасу — 800 кг/м3, висота рівнів до відкриття крана — 20 см (мал. 19.11).
Мал. 19.11
4. За малюнком 19.12визнач: висоту стовпчика вершків, який тиск вони чинять на воду і з якою силою тиснуть. Площа поперечного перерізу посудин — 4 • 10-4 м2, густина вершків — 960 кг/м3.
Мал. 19.12
5. У двох сполучених трубках різного перерізу міститься ртуть. У широку трубку з площею перерізу 8 см2 доливають 272 г води. Якою буде висота стовпа ртуті у вузькій трубці, виміряна від межі поділу води і ртуті?
ВИКОНАЙ ДОСЛІДЖЕННЯ
1. Для того щоб вода не виливалася з переповненої ванни, у її верхній частині зроблено отвір, який сполучається з каналізаційною трубою, у яку й починає виливатися «зайва» вода. Очевидно, що таке запобігання потопу призводить до значних втрат води. Запропонуй пристрій, який давав би «сигнал» про наповнення ванни, а за необхідності ще й припиняв її витікання з крана.
2. Виготов модель сполучених посудин, манометра, фонтана.
3. Сконструюй самостійно фонтан, який був винайдений давньогрецьким винахідником і математиком Героном Александрійським у І столітті. Тобі знадобляться: три пляшки об’ємом 0,5 л, три трубки, вода (мал. 19.13).
Мал. 19.13
Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України