Физика · конспекты
★0
Физика › 7 класс › Давление твёрдых тел, жидкостей и газов

Тема 35Сообщающиеся сосуды

★★★
Термины темы — найди их в тексте:Сообщающиеся сосудыоднороднойодном уровнеразнымиШлюзыВодопроводФонтаныВодомерное стеклоАртезианская скважина

Чайник и его носик, две трубки, соединённые шлангом, — это сообщающиеся сосуды.

Определение

Сообщающиеся сосуды — сосуды, соединённые между собой так, что жидкость может перетекать из одного в другой.

Сообщающиеся сосуды разной формы: везде уровень воды одинаков
Сообщающиеся сосуды разной формы: везде уровень воды одинаков Иллюстрация: light-fizika.ru
Однородная жидкость

В сообщающихся сосудах поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне — независимо от формы и сечения сосудов.

Почему так?

Жидкость не перетекает, значит, давления на одном уровне снизу одинаковы. Давление p=ρghp=\rho gh, плотность одна и та же — значит, равны и высоты столбов. Дольём воду в одно колено — его столб выше, давление больше, и вода перетечёт, пока уровни не сравняются.

Разные жидкости

Если в колена налить разные жидкости (воду и масло), уровни будут разными: столб более лёгкой жидкости — выше.

Вода и масло в U-трубке: столб масла выше
Вода и масло в U-трубке: столб масла выше Иллюстрация: light-fizika.ru
Разные жидкости
ρ1h1=ρ2h2h1h2=ρ2ρ1\rho_1 h_1=\rho_2 h_2\qquad\frac{h_1}{h_2}=\frac{\rho_2}{\rho_1}

Высоты столбов обратно пропорциональны плотностям жидкостей.

Применение

  • Шлюзы — переводят суда с одного уровня реки на другой.
  • Водопровод с водонапорной башней — вода поднимается в домах до уровня в башне.
  • Фонтаны — вода бьёт вверх, стремясь к уровню в верхнем резервуаре.
  • Водомерное стекло — по уровню в стеклянной трубке видно уровень воды в котле.
  • Артезианская скважина — вода сама поднимается из глубины между водонепроницаемыми слоями.
Шлюз: судно переходит с уровня на уровень. Фонтаны питаются из верхнего бассейнаШлюз: судно переходит с уровня на уровень. Фонтаны питаются из верхнего бассейна
Шлюз: судно переходит с уровня на уровень. Фонтаны питаются из верхнего бассейна Иллюстрация: light-fizika.ru
Водонапорная башня и водопровод. Водомерное стекло показывает уровень воды в котлеВодонапорная башня и водопровод. Водомерное стекло показывает уровень воды в котле
Водонапорная башня и водопровод. Водомерное стекло показывает уровень воды в котле Иллюстрация: light-fizika.ru
Артезианская скважина
Артезианская скважина Иллюстрация: light-fizika.ru
Образ для запоминания

Сообщающиеся сосуды — «справедливость для воды»: где бы она ни стояла, уровень у всех один. А масло — «лёгкое» — чтобы надавить так же, как вода, ему приходится стоять выше.

⚗ Мини-опыт

Доливайте воду — уровни в коленах всегда одинаковы? Теперь налейте масло в правое колено. Что стало с уровнями?

▶ Симуляция PhET

На экране «Трапеция» сравните давление на дне под узкой и широкой частью бассейна. Почему оно одинаково?

Под давлениемОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Как располагаются уровни однородной жидкости в сообщающихся сосудах?
Форма и сечение не важны.
2В U-трубку налили воду, а в одно колено — масло. Где уровень выше?
Масло легче, его столб должен быть выше, чтобы давить так же.
3На каком принципе работает шлюз?
Вода между камерами выравнивает уровень.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Что такое сообщающиеся сосуды?

    Ответ

    Сосуды, соединённые так, что жидкость может перетекать из одного в другой.

    Как получилось?

  2. Почему вода в чайнике и в носике стоит на одном уровне?

    Ответ

    Чайник и носик — сообщающиеся сосуды.

    Как получилось?

  3. Почему носик чайника делают на одном уровне с верхом корпуса?

    Ответ

    Иначе чайник нельзя было бы налить полным: вода выливалась бы через носик.

    Как получилось?

  4. Приведите два примера сообщающихся сосудов в технике.

    Ответ

    Например: шлюз, водопровод с водонапорной башней, водомерное стекло.

    Как получилось?

  5. Как работает водомерное стекло?

    Ответ

    Трубка и котёл — сообщающиеся сосуды, уровень в трубке равен уровню в котле.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. В одном колене U-трубки столб воды 18 см, в другом — масла (ρ=900\rho=900 кг/м³). Найдите высоту столба масла.

    Ответ

    hм=ρвhвρм=1000⋅18900=20h_\text{м}=\dfrac{\rho_\text{в} h_\text{в}}{\rho_\text{м}}=\dfrac{1000\cdot18}{900}=20 см.

    Как получилось?

  2. В U-трубке ртуть. В одно колено налили 13,6 см воды. На сколько поднимется ртуть в другом колене относительно уровня ртути под водой?

    Ответ

    hр=1000⋅13,613 600=1h_\text{р}=\dfrac{1000\cdot13{,}6}{13\,600}=1 см.

    Как получилось?

  3. Почему водонапорную башню строят выше домов?

    Ответ

    Вода в трубах поднимается до уровня в башне; чтобы она дошла до верхних этажей, уровень в башне должен быть выше.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Сообщающиеся сосуды
Однородная жидкость стоит на одном уровне, при любой форме сосудов.
Разные жидкости
ρ1h1=ρ2h2\rho_1h_1=\rho_2h_2 — столб более лёгкой жидкости выше.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.