Учебник физики сообщающиеся сосуды

Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов

На рисунке 116 изображены два сосуда, соединённые между собой резиновой трубкой. Такие сосуды называют сообщающимися. Лейка, чайник, кофейник – примеры сообщающихся сосудов (рис. 117). Из опыта мы знаем, что вода, налитая, например, в лейку, стоит всегда в резервуаре лейки и в боковой трубке на одном уровне.

С сообщающимися сосудами можно проделать следующий простой опыт. В начале опыта (рис. 116, а) резиновую трубку в середине зажимают и в одну из трубок наливают воду. Затем зажим открывают, и вода начинает перетекать в другую трубку до тех пор, пока поверхности воды в обеих трубках не установятся на одном уровне (рис. 116, б). Можно закрепить одну из трубок в штативе, а другую поднимать, опускать или наклонять в стороны. И в этом случае, как только жидкость успокоится, её уровни в обеих трубках будут одинаковыми (рис. 116, в).

В сообщающихся сосудах любой формы и сечения поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне (при условии, что давление воздуха над жидкостью одинаково) (рис. 118).

Это можно обосновать следующим образом. Жидкость покоится, не перемещаясь из одного сосуда в другой (см. рис. 116). Значит, давления в обоих сосудах на любом уровне одинаковы. Жидкость в обоих сосудах одна и та же, т. е. имеет одинаковую плотность. Следовательно,

должны быть одинаковы и её высоты. Когда мы поднимаем один сосуд или доливаем в него жидкость, то давление в нём увеличивается и жидкость перемещается в другой сосуд до тех пор, пока давления не станут одинаковыми.

Примером сообщающихся сосудов могут служить шлюзы, которые воздвигают для прохода судов в обход плотин гидроэлектростанций, или каналы, соединяющие реки (рис. 122).

Если в один из сообщающихся сосудов налить жидкость одной плотности, а во второй – другой, то при равновесии уровни этих жидкостей не будут одинаковыми. И это понятно. Мы ведь знаем, что давление жидкости на дно сосуда прямо пропорционально высоте столба и плотности жидкости. А в этом случае плотности жидкостей различны, поэтому высоты столбов этих жидкостей будут различны.

При равенстве давлений высота столба жидкости с большей плотностью будет меньше высоты столба жидкости с меньшей плотностью (рис. 119).

Вопросы

1. Какие примеры сообщающихся сосудов вы можете привести?

2. Как располагаются поверхности однородной жидкости в сообщающихся сосудах?

3. Как располагаются поверхности разнородных жидкостей в сообщающихся сосудах?

Упрожнение 18

1. На рисунке 120 показано водомерное стекло парового котла, где 1 – паровой котёл, 2 – краны, 3 – водомерное стекло. Объясните действие этого прибора.

2. На рисунке 121 изображён артезианский колодец в разрезе. Почва, суглинок и песок легко пропускают воду. Глина и известняк, наоборот, водонепроницаемы. Объясните действие такого колодца.

3. Докажите, что в сообщающихся сосудах высоты столбов над уровнем раздела двух разнородных жидкостей (см. рис. 119) обратно пропорциональны плотностям жидкостей.

У к а з а н и е. Используйте формулу для расчёта давления жидкости.

4. Изменится ли расположение жидкости (см. рис. 116), если правый сосуд будет шире левого; уже левого; если сосуды будут иметь разную форму?

Задание

1. Подумайте, как можно простым способом устроить фонтан где-нибудь в парке или во дворе. Начертите схему такого устройства и объясните принцип его действия. Изготовьте модель фонтана.

2. На рисунке 122, (а) дана схема устройства шлюза, а на рисунке 122, (б) – схема шлюзования судов. Рассмотрите рисунки и объясните принцип действия шлюзов. Какое явление используется в работе шлюзов?

3. В два сосуда налита вода (рис. 123). В каком сосуде давление воды на дно больше и на сколько, если h1 = 40 см, a h2 = 10 см? В каком направлении и до каких пор будет переливаться вода, если открыть кран?

Источник

Сообщающиеся сосуды

Подробности Просмотров: 508

Что такое сообщающиеся сосуды?

– это сосуды, имеющие между собой сообщение, заполняемое жидкостью.

Пример сообщающихся сосудов – обыкновенный чайник!

А как же выглядят уровни жидкости внутри чайника?

Уровень воды в носике чайника и уровень воды в основном объеме чайника всегда одинаковы.

Теперь вы легко сможете отличить “правильный” чайник от “неправильного” чайника.

Есть ли смысл делать чайник с носиком, который заканчивается значительно ниже корпуса чайника? Лучше уж наоборот, тогда при любом заполнении чайника из носика ничего не выльется!

В сосуде с жидкостью верхние слои жидкости давят на нижние, и по закону Паскаля это давление передается жидкостью по всем направлениям одинаково.

Поэтому при равновесии жидкости (в состоянии покоя) давление на любом горизонтальном уровне одинаково по всем направлениям.

Давление жидкости пропорционально высоте столба жидкости и плотности жидкости.

Основное свойство сообщающихся сосудов:

В сообщающихся сосудах любой формы поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне, если давление воздуха над ними одинаково.

Усложним задачу для сообщающихся сосудов!

Если в один из сообщающихся сосудов налить жидкость одной плотности, а в другой – жидкость другой плотности, то уровни этих жидкостей в сосудах не будут одинаковыми.

При равенстве давлений над жидкостями высота столба жидкости с большей плотностью будет меньше высоты столба жидкости с меньшей плотностьью.

В сообщающихся сосудах высоты столбов над уровнем раздела двух разнородных жидкостей обратно пропорциональны плотностям жидкостей.

Еще в Древней Греции жрецы сумели использовать свойства сообщающихся сосудов для устройства “неиссякаемой” священной чаши.

Позднее основное свойство сообщающихся сосудов, открытое заново в 16 веке, стали использовать в различных технических устройствах.

Так по принципу действия сообщающихся сосудов работает водомерное стекло парового котла.

Сообщающиеся сосуды используют и при устройстве фонтанов.

Например, в пригороде Санкт-Петербурга, в Петергофском парке еще со времен Петра Первого есть интересный фонтан-шутиха.

В основу шлюзовой системы для прохода судов также заложены знания о работе сообщающихся сосудов.

В России первые шлюзы на реках были обустроены с 18 века.

И современные водопроводные системы представляют собой разветвленную сеть сообщающихся сосудов.

А вот в Древнем Риме, к сожалению, почему-то о свойствах сообщающихся сосудов не знали и построили водопровод на высоких акведуках, трубам на которых на всем пути, а он составлял более 400 километров, придавался уклон.

Утонет ли лодка?

Один рыбак для хранения живой рыбы сделал в своей лодке ящик с отверстием в дне. Не потонет ли лодка, если спустить ее на воду?

Нет! Ящик и вода в реке представляют собой сообщающиеся сосуды. Вода, вливающаяся в ящик, не дойдет до края лодки и будет на таком же уровне, как и вода в реке.

А как ведет себя жидкость в невесомости?

1. Интересно, что под воздействием силы поверхностного натяжения, которая стремится уменьшить площадь поверхности жидкости, вода в невесомости собирается в шар.

2. Так как закон Паскаля в невесомости выполняется, то и поршневой насос, и гидравлическая машина в невесомости будут работать, как на Земле.

3. А вот закон сообщающихся сосудов в невесомости не работает, т.е. столб жидкости в условиях невесомости давления не оказывает, поэтому уровни жидкости в сообщающихся сосудах могут быть разными и зависят от действия случайных сил.

Источник

>>> Перейти на мобильный размер сайта >>>

Учебник для 10 класса

ФИЗИКА

• Изучение механических свойств жидкости начнем с гидростатики – теории поведения неподвижной жидкости. Как и все материальные тела, жидкости подчиняются законам механики Ньютона. Закономерности, наблюдаемые в жидкостях, могут быть объяснены на основе последовательного применения этих законов.

Силы, с которыми действуют друг на друга отдельные участки сжатой жидкости или газа, подобны силам упругости в твердых телах. Если мысленно выделить в сжатой жидкости какой-либо объем, то со стороны остальной жидкости на него будут действовать силы упругости, зависящие от степени сжатия жидкости. В свою очередь выделенный объем действует на остальную жидкость (и на стенки сосуда).

Однако силы упругости в жидкости или газе возникают только при деформации сжатия, но не при сдвиге слоев друг относительно друга. Поэтому сила, действующая на поверхность любого элемента жидкости (или газа) со стороны остальной жидкости, а также на поверхность твердого тела, в статическом случае всегда нормальна (перпендикулярна) к поверхности (рис. 9.19, а, б, в). Направленных по касательной к поверхности сил упругости нет.

Рис. 9.19

Давление

Сила упругости внутри жидкости почти всегда сжимает выделенный объем(1). Вследствие этого упругие напряжения в жидкостях и газах называют давлением. Если сила давления F равномерно распределена по поверхности площадью S, то давление р равно отношению модуля силы давления к площади поверхности:

В СИ единицей давления является паскаль (Па).

Гидростатическое давление

Выделим мысленно вертикальный столб жидкости высотой h, основанием которого служит площадка площадью S (рис. 9.20). Объем выделенного столба жидкости равен Sh. Сила, с которой столб жидкости действует на площадку (основание столба), представляет собой вес столба жидкости: F = Р. Так как жидкость неподвижна, то вес столба жидкости равен действующей на него силе тяжести, следовательно:

где ρ – плотность жидкости.

Рис. 9.20

Давление, производимое столбом жидкости на его основание, равно:

Итак,

Давление, которое создает жидкость, находящаяся в равновесии при действии силы тяжести, называют гидростатическим. Гидростатическое давление определяется формулой (9.5.3).

Давление внутри жидкости на любой глубине h слагается из атмосферного давления р0 (или внешнего давления) на жидкость и гидростатического давления ρgh:

Из-за того что по мере погружения в жидкость давление возрастает, приходится использовать особо прочные конструкции при постройке подводных лодок и батискафов. Увеличение давления с глубиной ощущают работающие под водой люди: водолазы, спортсмены, увлекающиеся подводным плаванием.

Сообщающиеся сосуды

На рисунке 9.21, а изображены соединенные между собой сосуды, называемые сообщающимися.

Рис. 9.21

Лейка, чайник, кофейник (рис. 9.22) – примеры сообщающихся сосудов.

Рис. 9.22

Однородная жидкость в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне. Это легко объяснить, пользуясь формулой (9.5.3). В покоящейся однородной жидкости давление на любом уровне в обоих сообщающихся сосудах одинаково. Поэтому одинаковы и высоты столбов однородной жидкости над этими уровнями.

Если же в сообщающихся сосудах находятся разнородные жидкости, то при равновесии уровни этих жидкостей не будут одинаковыми (рис. 9.21, б). Давление жидкостей на уровне аа1 при равновесии одинаково:

где ρ1 и ρ2 – плотности жидкостей в сообщающихся сосудах. Отсюда

В сообщающихся сосудах высоты столбов жидкости над уровнем раздела жидкостей обратно пропорциональны плотности этих жидкостей.

Давление в жидкости прямо пропорционально высоте столба жидкости.

(1) При соблюдении некоторых специальных условий жидкость может быть и растянутой.

Источник

Всем известно, что нужно сделать с чайником, чтобы из его носика полилась вода, – просто наклонить. А вот вопрос, можно ли перевести корабль через гору в море или другой водоем, вызовет у нас сомнение. Чтобы ответить на него, сначала следует узнать, что из себя представляют сообщающиеся сосуды.

Закон сообщающихся сосудов

Сообщающиеся сосуды – это взаимодействующие друг с другом сосуды, которые имеют общее дно.

Рис. 1. Сообщающиеся сосуды

Закон сообщающихся сосудов гласит, что в таких сосудах, какую бы форму они не имели, поверхности однородных жидкостей в состоянии покоя находятся на одном уровне, то есть давление, оказываемое на стенки на любом горизонтальном уровне является одинаковым.

Если же в сосуде жидкости разные, то уровень выше в сосуде, в котором жидкость обладает меньшей плотностью. То есть, если в один сосуд налить жидкость, обладающую одной плотностью, а во второй – другой, то при равновесии их уровни не будут одинаковыми. Следовательно отсюда можно вывести формулу:

ρ1/ρ2=h2/h1

Где:

• ρ – плотность жидкости;
• h – высота столба.

Также для сообщающихся сосудов важной является формула:

p=gρh

Где:

• g – ускорение свободного падения;
• ρ – плотность жидкости (кг/куб.м);
• h – глубина (высота столба жидкости).

Этой формулой определяется давление жидкости на дно сосуда.

Древним римлянам было неизвестно определение сообщающихся сосудов, поэтому их акведуки – водопроводы занимали огромную протяженность над поверхностью земли и строились с равномерным уклоном вниз.

Свойства сообщающихся сосудов

В сообщающихся сосудах уровень жидкости одинаковый. Это происходит потому, что жидкость производит одинаковое давление на стенки сосуда. Достичь разного уровня однородной жидкости в сообщающихся сосудах можно с помощью перегородки между ними.

Перегородка перекроет сообщение между сосудами, и тогда можно в один из них долить жидкость, чтобы уровень изменился. В данной ситуации возникает напор – давление, производимое весом столба жидкости высотой, равной разности уровней. И если убрать перегородку, то именно это давление станет причиной тому, что жидкость будет перетекать в тот сосуд, где ее уровень ниже, до тех пор, пока уровни не станут одинаковыми.

В жизни очень часто можно встретить естественный напор. И таких примеров довольно много. Например, им обладает вода в горных реках, когда падает с высоты. Плотина также является примером естественного напора. Чем она выше, тем больше будет напор воды, поднятой плотиной.

Применение закона о сообщающихся сосудах

Принцип действия сообщающихся сосудов используется при сооружении фонтанов, водопроводов, шлюзов. Чайник и его носик тоже являются сообщающимися сосудами, так как вода, налитая в чайник, заполняет носик и всю остальную часть до одинаковой высоты. Применение свойств таких сосудов, могут даже помочь провести корабль через гору. И для этого как раз понадобиться шлюз. Шлюз – это лифт для судов. Если водное пространство перегорожено плотиной, то уровень воды в водохранилище выше, чем в реке ниже по течению. И чтобы добраться до этого уровня, судно должно зайти в шлюз, который отгорожен двумя водными непроницаемыми воротами. Когда шлюз полностью заполняется водой, судно выходит из шлюза и продолжает свой путь (уровень воды в шлюзе и водохранилище выравнивается по закону сообщающихся сосудов).

Рис. 2. Шлюз

Что мы узнали?

Из этой темы по физики за 7 класс можно ясно понять, какие сосуды называются сообщающимися. Ими могут называться лишь те сосуды, обладающие общим дном, где жидкость может свободно перетекать из одного сосуда в другой. Также сообщающиеся сосуды играют огромную роль в нашей повседневной жизни, облегчая ее и помогая выходить из трудных ситуаций. Принципы сообщающихся сосудов лежат в основе различных чайников, кофейников, водомерных стекол на паровых котлах.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда – пройдите тест.

• 

• Полина Ананьева

  10/10

• Полина Борисенко

  9/10

• Алика Квегмайр

  10/10

• Яна Василькова

  10/10

• Елена Куренкова

  9/10

• Мария Егорова

  8/10

• Тимофей Черный

  10/10

• Максим Скарнович

  10/10

• Люба Музыченко

  10/10

• Владимир Шитов

  9/10

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.2. Всего получено оценок: 1051.

Источник