Фонтаны и шлюзы: применение сообщающихся сосудов
⚡ Физика · 7 класс
Фонтаны и шлюзы: применение сообщающихся сосудов
Сообщающиеся сосуды — это сосуды, соединённые между собой так, что жидкость может перетекать из одного в другой. В однородной жидкости свободные поверхности в таких сосудах устанавливаются на одном уровне. Этот простой закон лежит в основе работы фонтанов, шлюзов и водопроводов.
Главное свойство
В сообщающихся сосудах любой формы поверхность однородной покоящейся жидкости находится на одном уровне. Это объясняется равенством давлений: на одной глубине давление жидкости одинаково, иначе жидкость начала бы перетекать.
В сообщающихся сосудах однородная жидкость устанавливается на одном уровне независимо от формы и ширины сосудов.
Как работает фонтан
В фонтане вода подаётся из резервуара, расположенного выше уровня струи. Стремясь установиться на одном уровне с водой в резервуаре, вода вырывается из отверстия вверх. Чем выше поднят резервуар, тем выше бьёт струя фонтана.
Как работают шлюзы
Шлюз позволяет судам переходить между участками реки или канала с разным уровнем воды. Камеру шлюза по очереди соединяют то с верхним, то с нижним бьефом. Уровни выравниваются по закону сообщающихся сосудов, и судно плавно поднимается или опускается.
| Устройство | Как применяется закон |
|---|---|
| Фонтан | Вода поднимается до уровня источника |
| Шлюз | Уровни воды выравниваются в камере |
| Водонапорная башня | Вода поступает в дома до уровня бака |
| Чайник с носиком | Уровень в носике и корпусе одинаков |
Разобранный пример
Водонапорная башня имеет бак на высоте 25 м. На какую высоту поднимется вода в трубе дома, соединённого с башней (потерями пренебрегаем)?
Вода поднимется до уровня бака — около 25 м.
Поэтому башни строят высокими: чем выше бак, тем выше может подняться вода в зданиях.
Частые ошибки. Закон верен только для однородной жидкости в покое. Если в сосудах разные жидкости (например, вода и масло), их уровни будут разными. Форма и ширина сосудов на уровень не влияют.
Разные жидкости в сообщающихся сосудах
Если в сообщающиеся сосуды налить две разные жидкости, их уровни уже не совпадут. Более плотная жидкость установится ниже, а менее плотная поднимется выше. Это объясняется тем, что на границе раздела давления столбов жидкостей должны быть равны: лёгкая жидкость, чтобы создать такое же давление, образует более высокий столб. На этом свойстве основан простой способ сравнивать плотности жидкостей по высоте их столбов.
Водопровод города
Городской водопровод — большая система сообщающихся сосудов. Вода из высоко поднятого бака водонапорной башни по трубам поступает в дома и поднимается до уровня этого бака. Поэтому в высоких зданиях на верхних этажах напор воды слабее: чем ближе кран к уровню бака, тем меньше высота, на которую ещё может подняться вода. Чтобы обеспечить напор, используют дополнительные насосы.
| Условие | Результат |
|---|---|
| Одна жидкость, покой | уровни одинаковы |
| Разные жидкости | плотная ниже, лёгкая выше |
| Кран ниже уровня бака | есть напор, вода течёт |
Кратко о главном
- В сообщающихся сосудах однородная жидкость стоит на одном уровне.
- Фонтан бьёт до уровня источника воды.
- Шлюзы выравнивают уровни, проводя суда между бьефами.
- Закон работает только для покоящейся однородной жидкости.