В сообщающиеся сосуды u образной формы

Все мы ежедневно пользуемся сообщающимися сосудами – это чайник, лейка, в общем, это любая система ёмкостей, в которых жидкость, к примеру, вода, может свободно перетекать из одной ёмкости в другую. В чайнике, например, такими ёмкостями являются корпус и носик или корпус чайника и специальная ёмкость для определения уровня воды в нём. Что особенного в сообщающихся сосудах? Каким свойством или свойствами они обладают? Чем заслуживают наше внимание?

26 апреля 2019

Закон сообщающихся сосудов 

Сосуды соединенные между собой, жидкость в которых может свободно перетекать, имеющие общее дно, называются сообщающимися. В соответствии с законом Паскаля, жидкость передаёт оказываемое на неё давление во всех направлениях одинаково. В открытых сосудах, атмосферное давление над каждым из них одинаково, значит, и давление жидкости на стенки сосудов будет одинаковым на любом уровне. Так как давление жидкости прямо пропорционально её плотности и глубине, в случае одинаковой жидкости в сообщающихся сосудах на одинаковой глубине будет одинаковое давление, что и объясняет выравнивание уровней жидкости в них. В случае разных жидкостей, чтобы на одинаковой глубине было одинаковое давление, жидкость с меньшей плотностью должна иметь больший уровень в сравнении с жидкостью большей плотности. Т.е.

 ρ1 / ρ2 = h2 / h1

Свойство сообщающихся сосудов

Возьмем несколько различных по размеру и форме открытых сосудов, проделаем в каждом из них отверстие и соединим отверстия в сосудах трубками, чтобы жидкость, которую мы будем наливать в один из них, могла свободно перетекать из одного сосуда в другой. Для большего эффекта, пожмем трубки, которые их соединяют и наполним один из сообщающихся сосудов водой. Теперь откроем трубки и увидим, что когда жидкость перестанет перетекать, то, вне зависимости от формы и размера сосудов, уровни жидкости в каждом будут совершенно одинаковыми. Или проведём иной опыт – возьмём пластиковую бутыль и срежем донышко, а крышку плотно прикрутим, проделаем в ней небольшое отверстие и вставим в него небольшой шланг, место соединения шланга и крышки бутыли сделаем герметичным с помощью пластилина. Теперь закрепим бутыль вверх дном, а шланг расположим параллельно бутыли открытым концом чуть выше её срезанного дна. Заполним бутыль жидкостью, например, подкрашенной водой. И вновь мы увидим, что вне зависимости от высоты сообщающихся сосудов, уровень воды в бутыли будет точно таким же, как и уровень воды в шланге. В этом и заключается первое и основное свойство сообщающихся сосудов: в открытых сообщающихся сосудах уровни одинаковой жидкости будут одинаковыми. Это замечательное свойство нашло широкое применение в практике, но об этом поговорим чуть позже. А теперь возьмём U-образную стеклянную трубку. Это тоже сообщающиеся сосуды, их, в данном случае, называют коленами трубки. В правое колено нальём воду и она, конечно же, перетечёт в левое колено так, что уровни воды в обоих коленах будут одинаковыми – мы уже знаем, что так и должно быть, хоть пока что и не знаем, почему. А теперь в левое колено, очень аккуратно, чтобы жидкости не смешивались, нальём керосин или подкрашенный спирт. И мы увидим, что теперь верхние уровни каждой жидкости в коленах будут отличаться. Уровень спирта или керосина будет выше уровня воды. Заглянем заодно в таблицу плотности жидкостей и увидим, что плотность керосина или спирта меньше плотности воды, а уровень, наоборот, выше. Из этого эксперимента можно сделать вывод – если в открытых сообщающихся сосудах налиты две разные жидкости, то уровень будет выше у той, чья плотность меньше. Иными словами, плотности жидкостей и их уровни будут обратно пропорциональными. Настала пора объяснить, почему так получается.
Читайте также:

Проекты на уроках физики: плюсы и минусы

Что такое радуга?

Почему море соленое?

Почему небо голубого цвета? 

Применение на практике

Благодаря своим свойствам, сообщающиеся сосуды нашли широкое применение в различных технических и бытовых устройствах. Перечислим некоторые из них:

• измерители плотности,
• жидкостные манометры,
• определители уровня жидкости (водомерное стекло, к примеру),
• домкраты,
• гидравлические прессы,
• шлюзы,
• фонтаны,
• водопроводные башни и т.д.

Свойство сообщающихся сосудов реализуется не только в физике. Такая известная поговорка «Если где-то прибыло, значит где-то убыло» фактически напрямую связана со свойством сообщающихся сосудов и означает, что в окружающем нас мире всё взаимосвязано, а значит – стремится к равновесию. Когда человек смещает это равновесие в одну сторону, это немедленно сказывается в чём-то другом. Над этим стоит задуматься, не так ли?

Материал по физике на тему «Сообщающиеся сосуды» для 7 класса.

Методические советы учителям

• При изучении этой темы обязательно необходима демонстрация. Описанные в статье эксперименты обязательно нужно показать детям в живом исполнении.
• Желательно продемонстрировать принцип действия фонтана (это также довольно не сложно сделать своими руками).
• Обратите внимание учащихся на формулу для двух жидкостей – это обратная пропорция. На нескольких примерах поясните смысл обратной пропорциональности.
• Рассмотрите ситуацию с тремя жидкостями (решите соответствующую задачу).
• А вот действие шлюзов лучше всего продемонстрировать с помощью видео.

#ADVERTISING_INSERT#

Сохраните:

Задания и ответы для Московской олимпиады школьников (МОШ) по физике 7,8,9,10,11 класс первого тура отборочного этапа 2020-2021 ученый год, официальная дата проведения олимпиады: 16.10.2020-18.10.2020 (с 16 по 18 октября 2020 года).

Ссылка для скачивания заданий для 7 класса: скачать в PDF

Ссылка для скачивания заданий для 8 класса: скачать в PDF

Ссылка для скачивания заданий для 9 класса: скачать в PDF

Ссылка для скачивания заданий для 10 класса: скачать в PDF

Ссылка для скачивания заданий для 11 класса: скачать в PDF

P.S свои ответы предлагайте ниже в комментариях, помогите друг другу.

Московская олимпиада школьников по физике 7 класс первый тур отборочного этапа 2020-2021 задания и ответы:

1)Для определения скорости игрушечного поезда, который работает на батарейках, достаточно иметь… 1) Весы; 2) мензурку; 3) линейку; 4) часы; 5) микрометр; 6) ареометр.

2)Переведите в СИ: 150 000 мг (миллиграмм).

3)Цена деления мензурки, изображённой на рисунке, равна.

4)В мензурках находится вода. Какой объём воды будет в первой мензурке, если в неё перелить пятую часть воды из второй мензурки и половину воды из третьей мензурки?

5)Три шестёренки зацеплены зубьями между собой, как показано на рисунке, и могут вращаться вокруг закрепленных осей. Куда вращается нижняя («образование») шестеренка, если верхняя («успех») вращается по часовой стрелке?

Сколько оборотов в день делает нижняя шестерня («образование»), если известно, что верхняя («успех») делает 28 оборотов в неделю?

6)Из пункта А почтальон Печкин выехал на велосипеде в 12:00, направляясь в пункт Б. Одновременно с ним из пункта Б выехал на самокате дядя Фёдор, направляясь в пункт А. Впоследствии почтальон Печкин рассказывал, что в 12:30 встретил дядю Фёдора. Дядя Фёдор же вспоминал, что прибыл в пункт А в 13:15. Что показывали часы почтальона Печкина, когда он добрался до пункта Б? Считайте, что почтальон Печкин и дядя Фёдор двигались с постоянными скоростями. В качестве ответа запишите  отдельно два числа – число часов (от 0 до 23) и целое число минут (от 0 до 59).

7)Дядя Вася хочет полностью наполнить две стоящие рядом бочки водой, не пролив её на землю. Он кладёт шланг в меньшую бочку, идёт к крану, открывает его и возвращается назад. После возвращения он ждёт 15 секунд, пока бочка заполнится, и перекладывает шланг в другую бочку. Подождав еще 2 минуты, дядя Вася возвращается к крану и закрывает его. Чему равно расстояние от бочек до крана, если дядя Вася ходит со скоростью 1 м/с, а вторая бочка по объёму вчетверо больше первой? Ответ выразите в м, округлите до целого числа.

8)Левая шкала измеряет объём жидкости в миллилитрах (ml), правая в – «чашках» (cup).

Чему равна цена деления левой шкалы? Ответ выразите в мл, округлите до целого числа.

Чему равна цена деления правой шкалы? Ответ выразите в «чашках», округлите до тысячных.

Найдите, чему равно расстояние между двумя ближайшими рисками на правой шкале, если на левой оно равно 1 см. Ответ выразите в мм, округлите до десятых.

Московская олимпиада школьников по физике 8 класс первый тур отборочного этапа 2020-2021 задания и ответы:

1)Переведите в СИ: 321 л, 1 день

2)Таракан ползёт по прямой. Первые 10 с его скорость постоянна и равна 20 см/с, следующие 20 с его скорость составляет 16 см/с, затем он 10 с стоит на месте. Остаток пути он ползёт с постоянной скоростью 13 см/с. Найти среднюю скорость таракана на всем пути.

3)В каком случае перевозить камень на тачке удобнее?

4)К пружине, жёсткость которой k=100 Н/м, прикрепили грузик. Пружина удлинилась на Δx1=5 см. Если грузик погрузить в жидкость, удлинение пружины станет равным Δx2=2 см. Какая сила Архимеда действует на грузик в жидкости?

5)Однородные шарики покоятся на рычажных весах, как показано на рисунке. Плотность какого из шаров наименьшая? V2>V1=V3.

6)Кеша и Тучка, находясь в своих домиках, получили одновременно СМС-ки от Лисички с информацией, что яблочный пирог уже готов, и тут же бросились бежать к дому Лисички. Кеша половину времени бежал со скоростью 5 м/с, а оставшуюся половину времени со скоростью 4 м/с (устал). Тучка первую половину пути пробежал со скоростью 4 м/с, а вторую половину пути со скоростью 5 м/с. В результате оба прибежали к Лисичке одновременно. Каково расстояние от дома Кеши до дома Лисички в шагах Цыпы, если расстояние от дома Тучки до дома Лисички равно 800 шагов Цыпы?

7)Атос и Портос начинают одновременно идти навстречу друг другу со скоростями v1=3 м/с и v2=1 м/c соответственно. Арамис сначала находится посередине между ними. Портос встретился с Арамисом через t1=250 с после начала своего движения, а с Атосом через t2=12 мин.

На каком расстоянии друг от друга первоначально находились Атос и Портос? Ответ выразите в м, округлите до целого числа.

Насколько позже стартовал Арамис, если скорость сближения Портоса с Арамисом в 2 раза больше скорости удаления Арамиса от Атоса? Ответ выразите в с, округлите до целого числа.

8)На тарелке лежит торт, состоящий из трёх слоёв. Эти слои имеют высоту h1=15 мм, h2=25 мм и h3=20 мм, а их плотности соответственно равны ρ1=600 кг/м3, ρ2=460 кг/м3 и ρ3=400 кг/м3. Чему равна средняя плотность всего торта? Ответ выразите в кг/м3, округлите до целого числа.

9)В двух сообщающихся сосудах, имеющих форму цилиндров c площадью дна S1=100 см2 и S2=200 см2, находится вода. Сосуды закрыты сверху массивными поршнями (см. рисунок).

К правому поршню прикреплена легкая вертикальная пружина жёсткостью k=4 Н/см , верхний конец которой неподвижен. Система находится в равновесии, причём пружина изначально сжата. На левый поршень положили груз массой m=1 кг. Плотность воды ρ=1000 кг/м3, ускорение свободного падения g=10 Н/кг. Начальная высота края правого сосуда над поверхностью воды h=10 см.

Найдите, на сколько после этого опустится левый поршень. Ответ выразите в см, округлите до целого числа.

Груз какой минимальной массы нужно добавить к грузу массой m (на левый поршень) для того, чтобы вода начала выливаться из правого сосуда? Ответ выразите в кг, округлите до целого числа.

10)Система состоит из невесомых блоков, трёх грузов массой m=1 кг каждый, двух грузов массой mx каждый и невесомых нитей. Ускорение свободного падения g=10 Н/кг.

Чему равна величина mx, если система находится в равновесии? Ответ выразите в кг, округлите до десятых.

C какой силой действует система на потолок? Ответ выразите в Н, округлите до целого числа.

Московская олимпиада школьников по физике 9 класс первый тур отборочного этапа 2020-2021 задания и ответы:

1)Улитка ползёт по прямой. Первый час её скорость постоянна и равна 1,2 см/с, еще два часа её скорость составляет 0,8 см/с, затем она ровно час отдыхала неподвижно. Остаток пути она ползла с постоянной скоростью 0,7 см/с. Найти среднюю скорость улитки на всем пути.

2)В сосуде с водой плавают два шара с радиусами 2R и R, как показано на рисунке. Чему равна плотность первого шара?

3)Система из двух блоков, двух грузов и обезьянки, находится в равновесии. Определите массу тела m1, если масса второго груза равна 2m, а масса обезьяны – m. Нити и блоки невесомые, трения нет.

4)В трёх кастрюлях находится вода. В первой кастрюле вода только закипела, во второй кипит 3 минуты, в третьей кипит 10 минут. В какой из кастрюль температура воды наибольшая?

5)Сто резисторов с сопротивлениями 1 Ом, 3 Ом, 5 Ом, … , 197 Ом, 199 Ом соединили параллельно. Эквивалентное сопротивление…

6)Рассмотрим объединение двух однополосных дорог A и B в однополосную дорогу C. В часы пик все три дороги заполнены автомобилями. Среднее расстояние между двумя соседними автомобилями можно считать одинаковым на всех трёх дорогах. Длина дороги A равна LA=1 км, дороги B: LB=3 км, а дороги C: LC=2 км. Средняя скорость автомобилей на дороге A составляет vA=3 км/ч, а среднее время, за которое машины проезжают дорогу B, равно tB=36 мин. За какое время в среднем автомобиль добирается от начала дороги A до конца дороги C? Ответ выразите в минутах, округлите до целого числа.

7)К невесомой системе, состоящей из нерастяжимых ниток, двух блоков и трёх пружин с коэффициентами жёсткости k и 2k, прикрепляют груз массой m=600 г, как показано на рисунке. k=50 Н/м, ускорение свободного падения равно 10 м/c2.

На какое расстояние опустится груз, когда система придёт в равновесие? Ответ выразите в см, округлите до десятых.

С какой силой система действует на потолок в положении равновесия? Ответ выразите в Н, округлите до целого числа.

8)Г-образный сосуд, наполненный ртутью и керосином, стоит на столе, как показано на рисунке. Силы давления жидкостей (без учета атмосферного давления) на горизонтальные стенки сосуда AB и CD, перпендикулярные плоскости рисунка, равны 40 Н и 8 Н соответственно. Известно, что при малейшем добавлении керосина в сосуд, он опрокидывается. Найдите отношение высоты столба ртути к высоте столба керосина. Ответ округлите до десятых. Плотность керосина 800 кг/м3, плотность ртути 13600 кг/м3.

9)Электрическая схема изменяет мощность W электрического нагревателя по линейному закону от времени t, прошедшего после включения нагревателя: W(t)=W0∙t/τ. W0=100 Вт, τ=10 секунд. Этот нагреватель помещён на дно банки с 1 литром воды в ней. Начальная температура воды 20°С. Пренебрегая теплоёмкостью банки и потерями теплоты в окружающую среду, найдите, какой стала температура воды в банке через 3 минуты после включения нагревателя? Удельная теплоёмкость воды 4,2 Дж/(г∙℃). Ответ выразите в градусах по шкале Цельсия, округлите до десятых.

10)Электрическая цепь состоит из идеальной батарейки с напряжением 3,2 В, резистора, идеального амперметра и двух вольтметров. Первый вольтметр показывает 1 В, а второй 2 В. Показание амперметра 1 мкА.

Чему равно сопротивление первого вольтметра? Ответ выразите в МОм, округлите до целого числа.

Чему равно сопротивление второго вольтметра? Ответ выразите в МОм, округлите до целого числа.

Чему равно сопротивление резистора? Ответ выразите в кОм, округлите до целого числа.

Московская олимпиада школьников по физике 10 класс первый тур отборочного этапа 2020-2021 задания и ответы:

1)Тело движется вдоль оси ОХ. Какой физический смысл имеет площадь под графиком зависимости проекции ускорения тела от времени? Эта площадь пропорциональна

2)На графике зависимости массы планеты m от её радиуса R точки соответствуют разным планетам. На какой планете наибольшее ускорение свободного падения?

3)В каком случае на покоящееся тело массой m действует наименьшая сила взаимодействия с опорой?

4)Происходит абсолютно упругий центральный удар двух шаров. Известно, что m1<m2, v1>v2. Отношение модулей изменения импульса шариков в результате удара Δp1/Δp2:

5)Сто резисторов с сопротивлениями 1 Ом, 2 Ом, 3 Ом, … , 99 Ом, 100 Ом соединили параллельно. Эквивалентное сопротивление…

6)В спортивном зале мяч бросили вертикально вверх со скоростью 20 м/с (условно с поверхности пола). Определите время возврата мяча в начальную точку броска, если «высота потолка» равна 10 метрам. Ускорение свободного падения считайте равным 10 м/с2. Ответ выразите в секундах, округлите до сотых.

7)Полый шар, наполовину залитый воском, удерживается в равновесии вертикальной нитью и клином с углом при вершине α=30°, расположенным на горизонтальной поверхности.

Чему равно минимальное значение коэффициента трения μ между шаром и клином? Ответ округлите до сотых.

Чему равна по величине сила трения Fтр, действующая на клин со стороны плоскости? Ответ выразите в Н, округлите до целого числа.

8)Имеются три цилиндрических сообщающихся сосуда. «Средний» сосуд является посредником между «крайними» сосудами (первым и вторым). В первоначальном состоянии полным является первый сосуд (два крана закрыты). Открывают первый кран (заполняется сосуд «посредник»). Закрывается первый кран и открывается второй кран. Заполняется второй сосуд. Какова должна быть площадь сечения S сосуда «посредника», чтобы объем воды, поступивший во второй сосуд, был максимальным? Площадь сечения первого сосуда S1=16 см2, второго – S2=36 см2. Ответ выразите в см2, округлите до целого числа.

9)Взятые из холодильника стальные гвозди помещают в цилиндрический сосуд в воду с начальной температурой 0℃, в результате чего уровень воды в сосуде поднялся на 28,0 мм. После этого уровень воды медленно поднялся ещё на 0,6 мм. Какова была начальная температура гвоздей? Удельная теплоёмкость стали 500 Дж/(кг·К), удельная теплота плавления льда 340 кДж/кг, плотность воды 1000 кг/м3, плотность льда 900 кг/м3, плотность стали 7800 кг/м3. Ответ выразите в градусах по шкале Цельсия, округлите до целого числа.

10)Электрическая цепь состоит из идеальной батарейки с напряжением на выводах 7 В, идеальных приборов и пяти одинаковых резисторов с сопротивлением 100 Ом.

Что показывает амперметр? Ответ выразите в мА, округлите до целого числа.

Что показывает вольтметр? Ответ выразите в В, округлите до целого числа.

Московская олимпиада школьников по физике 11 класс первый тур отборочного этапа 2020-2021 задания и ответы:

1)Происходит абсолютно упругий центральный удар двух шаров. Известно, что m1<m2, v1>v2. Отношение модулей изменения импульса шариков в результате удара Δp1/Δp2

2)В неподвижном лифте находится U-образная трубка с двумя жидкостями, плотности которых ρ1 и ρ2.

Как изменится разность уровней жидкостей в трубке Δh, если лифт начнёт двигаться ускоренно вверх?

3)В сосуде содержится смесь азота N2 и неона Ne. Сравните средние кинетические энергии поступательного движения молекул азота KN2 и неона KNe. Молярная масса азота N2 больше, чем молярная масса неона Ne.

4)Над газом постоянного состава и количества осуществили процесс 1−2−3−4−5. На каком участке внутренняя энергия газа уменьшалась?

5)Какой физической величине соответствует выражение qat/l, где: q –заряд, a – ускорение, l – длина, t – время?

6)Какого максимального значения достигает в процессе полёта угловая скорость вращения вектора скорости тела, брошенного с начальной скоростью 10 м/с под углом 60°? Ускорение свободного падения равно 10 м/c2 . Ответ выразите в рад/c, округлите до целого числа.

7)Металлическое ведро в форме усечённого конуса имеет высоту h=25 см и объём (вместимость) V=12 л. Пустое ведро имеет массу m0=1 кг. Ведро полностью заполнили водой, соединили невесомым нерастяжимым тросом, перекинутым через блок, с грузом массой M=5 кг, и отпустили. Ведро и груз пришли в движение. С какой силой вода давит на дно ведра при движении этой системы? Дно ведра – круг радиусом r=10 см. Атмосферное давление не учитывать. Трением, сопротивлением воздуха и массой блока пренебречь. Плотность воды ρ=1000 кг/м3, ускорение свободного падения g=10 м/с2. Ответ выразите в Н, округлите до десятых.

8)Дирижабль, наполненный водородом, находится в сухом воздухе, температура которого равна 20℃ и давление 95,3 кПа. Объём дирижабля равен 31900 м3. Молярная масса воздуха равна 29 г/моль, универсальная газовая постоянная равна R=8,31 Дж/(моль∙К). Плотность насыщенного водяного пара при температуре 20℃ равна 0,017 кг/м3 . Какова подъёмная сила, действующая на дирижабль со стороны воздуха? Ответ выразите в кН, округлите до целого числа.

Чему была бы равна подъёмная сила при относительной влажности 70%, той же температуре и давлении? Ответ выразите в кН, округлите до целого числа.

9)Из проволоки с однородным линейным сопротивлением изготовлена конструкция, показанная на рисунке. Где должна располагаться клемма C на дуге AB, чтобы сопротивление между клеммами A и C было наибольшим? Ответ выразите в единицах R, где R – радиус кольца, и округлите до сотых.

10)К циферблату часов прикреплены точечные электрические заряды величиной q,2q,3q,…,12q(q>0), которые расположены на соответствующих часовых делениях, как показано на рисунке. Какое время показывают часы, в тот момент, когда часовая стрелка параллельна и сонаправлена вектору напряжённости электрического поля, созданного этими зарядами в центре циферблата? В качестве ответа запишите отдельно два числа – число часов (от 1 до 12) и целое число минут (от 0 до 59).

ВСЕРОССИЙСКИЕ олимпиады 2017-2021 задания и ответы:

ВСЕРОССИЙСКИЕ олимпиады 2017-2021 задания и ответы