Сообщающиеся сосуды
⚡ Физика · 7 класс
Что такое сообщающиеся сосуды
Сообщающиеся сосуды — это сосуды, соединённые между собой так, что жидкость может свободно переходить из одного в другой. Примеры — чайник с носиком, лейка, водопроводные системы. Поведение жидкости в таких сосудах подчиняется простому и важному закону.
Основной закон
В сообщающихся сосудах любой формы однородная жидкость устанавливается на одном уровне. Это значит, что поверхности жидкости в широкой и узкой частях будут на одинаковой высоте, как бы ни были устроены сосуды.
Почему так происходит
Жидкость находится в равновесии, когда давление на любой уровень с обеих сторон одинаково. Давление столба жидкости зависит только от высоты столба и плотности жидкости:
p = ро * g * h
Для однородной жидкости плотность одинакова, поэтому равенство давлений возможно только при равной высоте h столбов.
| Условие | Уровни жидкости |
|---|---|
| Одна жидкость | Равны по высоте |
| Разные жидкости | Выше столб у менее плотной |
Разные жидкости
Если в сообщающиеся сосуды налить разные жидкости, уровни будут разными. Над общей границей выше поднимется та жидкость, у которой меньше плотность. Высоты столбов связаны так, что давления у границы равны:
ро_1 * h_1 = ро_2 * h_2
Опыт с гибкой трубкой
Простой опыт: возьмём гибкую прозрачную трубку, нальём в неё воду и поднимем оба конца. Как бы мы ни наклоняли и ни сгибали трубку, уровни воды в её концах всегда будут на одной высоте. Если поднять один конец выше, вода перельётся, но уровни снова выровняются. Так наглядно видно действие закона сообщающихся сосудов.
Применение
На законе сообщающихся сосудов основаны водомерное стекло котла, водопровод, шлюзы на каналах, фонтаны и водяной уровень строителей. В водопроводе вода поднимается в кранах верхних этажей, потому что её подают из бака, расположенного выше. Шлюз позволяет судам переходить с одного уровня воды на другой: камеру шлюза наполняют или опорожняют, выравнивая уровни.
Чайник как пример
Обычный чайник — это сообщающиеся сосуды: его корпус и носик соединены внизу. Поэтому вода в носике и в корпусе стоит на одном уровне, и носик делают не ниже верхнего края корпуса, иначе вода выливалась бы. По уровню воды в носике можно судить о том, сколько воды в чайнике.
Частые ошибки. Закон о равных уровнях верен только для однородной жидкости. Форма и площадь сосудов на высоту уровня не влияют. Для разных жидкостей уровни различаются: выше столб у менее плотной жидкости.
Кратко о главном
- Сообщающиеся сосуды соединены, жидкость переходит между ними.
- Однородная жидкость устанавливается на одном уровне.
- Причина — равенство давлений столбов:
p = ро * g * h. - Для разных жидкостей выше столб у менее плотной.
- Закон применяют в водопроводе, шлюзах, водяном уровне.