Сполучені посудини. Манометри »Народна Освіта

Щоранку ми вмивалися. А чи знаєте ви, чому тече вода з крана, коли ми його відкриваємо? А чому виливається вода з носика чайника, якщо чайник нахилити? А як «працює» артезіанський колодязь? Може, хтось із вас уже знає, що всі ці пристрої є сполученими посудинами. Саме про сполучені посудини, їх властивості та застосування йтиметься в цьому параграфі.

досліджуємо сполучені посудини

Сполучені посудини - це судини, які з'єднані між собою так, що між ними може перетікати рідина.

Найпростіші сполучені посудини - це дві з'єднані між собою трубки. Якщо в одну з трубок наливати воду, то вода буде перетікати в іншу трубку. Коли рух води припиниться, вода в обох трубках (обох колінах сполучених посудин) встановиться на одному рівні (рис. 26.1, а). Якщо нахилити або підняти одне з колін, то вода буде перетікати з коліна, розташованого вище, поки рівні води в обох колінах незрівняються (рис. 26.1, б).

Отже, ми визначили основну властивість сполучених посудин:

У відкритих сполучених посудинах вільні поверхні однорідної нерухомої рідини розташовуються на одному рівні.

Зверніть увагу! Вільні поверхні рідини встановлюються на одному рівні не тільки в двох, але і в будь-якій кількості сполучених посудин - незалежно від того, яку форму вони мають і як розташовані в просторі (рис. 26.2).

А ось якщо в праве і ліве коліно сполучених посудин налити рідини, які не змішуються і мають різну щільність, наприклад гас і воду, результат буде іншим. Розглянемо рис. 26.3. На рівні CD тиск стовпів рідин в посудинах однаково:

Звідси

маємо ще одну властивість сполучених посудин:

У відкритих сполучених посудинах стовп нерухомою рідини, що має меншу щільність, буде вище, ніж стовп нерухомою рідини, що має велику щільність. для двох відкритих сполучених посудин співвідношення висот стовпів рідин і щільності цих рідин має вигляд:

Сполучені посудини широко застосовують в побуті, медицині, техніці, будівництві. Шлюзи на каналах і річках, водопроводи, водомірні трубки на парових котлах, артезіанські колодязі, фонтани, чайники, воронки, крапельниці - все це приклади сполучених посудин.

Розгляньте рис. 26.4 і спробуйте пояснити принцип дії деяких пристроїв.

Виготовляємо відкритий рідинний манометр

На праве коліно і-образної трубки, в яку налита однорідна рідина, одягнемо гумову грушу. Злегка стиснемо грушу - рідина в трубці встановиться таким чином, що висота стовпа рідини в правому коліні буде менше, ніж в лівому, на h (рис. 26.5).

Визначимо тиск повітря рв в правому коліні трубки. На рівні АВ тиск в рідині однаково (РА = РВ). У точці В це буде тиск рв - тиск повітря в груші, в точці А - атмосферний тиск РАТМ плюс гідростатичний тиск стовпа рідини висотою h. отримуємо:

Отже, за допомогою і-образної трубки, заповненої однорідною рідиною (відомої щільності р), і лінійки, що дозволяє виміряти різницю рівнів рідини в колінах трубки (І), можна визначити, на скільки тиск газу в груші відрізняється від атмосферного. Відповідний прилад називають відкритий рідинний манометр (рис. 26.6).

Манометр - це прилад для вимірювання тиску рідин і газів.

Відкритий рідинний манометр (рис. 26.6, а) складається з лінійки 1, до якої приєднана ^ образна трубка 2. Трубка заповнена підфарбованою рідиною 3 так, що рівень рідини розташований на позначці 0.

При вимірах (рис. 26.6, б) одне коліно трубки залишають відкритим в атмосферу, а друге за допомогою шланга 4 з'єднують з ємністю, в якій потрібно виміряти тиск газу (колба 5).

Наприклад, на рис. 26.6, б різницю рівнів підфарбованою рідини в сполучених посудинах становить 10 см (h = 01 м). Якщо в трубці знаходиться підфарбована вода, то тиск газу в колбі 5 менше атмосферного тиску на 980 Па:

Замінюємо рідинний манометр металевим

Рідинний манометр не завжди зручний у використанні: необхідно доливати рідину до потрібного рівня, здійснювати додаткові обчислення. Тому, як правило, використовують металеві деформаційні манометри (рис. 26.7).

Основний елемент металевого деформаційного манометра - гнучка дугоподібна трубка 1, один кінець якої (А) запаяний. Другий кінець трубки (Б) з'єднаний з резервуаром, в якому потрібно виміряти тиск. Принцип дії таких манометрів наступний. якщо тиск

газу всередині трубки більше атмосферного, то гнучка трубка розпрямляється і її рух передається через механізм 2 до стрілки 3, що рухається уздовж шкали 4 приладу. Після зменшення тиску газу до атмосферного трубка повертається в початкове (недеформоване) становище, а стрілка зупиняється на позначці 0. Шкала металевого манометра проградуірована в атмосферах або паскалях.

Зверніть увагу! Металевий деформаційний манометр показує, на скільки виміряний тиск більше або менше атмосферного.

Вчимося вирішувати завдання

Завдання. У праве коліно відкритою ^ образної трубки, що містить воду, налили шар гасу заввишки 12,5 см (див. Малюнок). Визначте різницю рівнів води і гасу в колінах трубки. Гас і вода не змішуються.

Аналіз фізичної проблеми. У однорідної рідини тиск на одному горизонтальному рівні однаково. В обох колінах на рівні ЛБ і нижче знаходиться вода, значить, на рівні ЛБ тиску, створювані атмосферою і рідинами, однакові.

Щоб визначити гідростатичні тиску рідин, потрібно знати їх щільності. Щільності води і гасу дізнаємося з таблиці щільності (с. 249). Завдання будемо вирішувати в одиницях СІ.

підводимо підсумки

Сполучені посудини - це судини, які з'єднані між собою так, що між ними може перетікати рідина.

У відкритих сполучених посудинах різних форм і розмірів вільна поверхня однорідної нерухомої рідини розташовується на одному рівні; якщо щільності рідин в посудинах різні, то стовп рідини, що має меншу щільність, вище, ніж стовп рідини, що має велику щільність.

Манометри - це прилади для вимірювання тиску рідин і газів. У відкритому рідинному манометрі тиск газу рг в посудині визначається по різниці h рівнів рідини в колінах приладу:

На практиці широко використовують металеві деформаційні манометри.

Контрольні питання

1. Наведіть приклади сполучених посудин. 2. Сформулюйте основну властивість сполучених посудин. 3. Як поводяться рідини різної щільності, налиті в сполучені посудини? 4. Що таке манометр? 5. Як працює відкритий рідинний манометр? 6. Опишіть будову і принцип дії металевого деформаційного манометра.

Вправа № 26

1. В рідинному манометрі знаходиться вода (рис. 1). Ліве коліно манометра відкрито в атмосферу. Який тиск більше - атмосферний або тиск в балоні?

2. На скільки відрізняється тиск в балоні (див. Завдання 1) від атмосферного?

3. У деяких храмах Древньої Греції стояла так звана «невичерпна чаша» (рис. 2). Поясніть, спираючись на малюнок, як працювала ця «диво».

4. В рідинному манометрі (рис. 3) знаходиться ртуть. Ліве коліно манометра відкрито в атмосферу. Визначте тиск в балоні, якщо атмосферний тиск дорівнює 100 кПа.

5. Складіть задачу, зворотну задачі в § 26, і вирішите її.

6. Визначте тиск газу в колбі В (рис. 4), якщо тиск газу в колбі Аравно 100 гПа.

7. Скористайтеся додатковими джерелами інформації і дізнайтеся про принцип роботи шлюзів. Уявіть собі, що ви оператор відповідної служби. Складіть систему команд для проведення судна через камери шлюзу (рис. 5). Дозволяється використовувати такі команди: відкрити (закрити) ворота (1, 2, 3, 4); спустити воду з камери (І, ІІ, ІІІ); запустити воду в камеру (І, ІІ, ІІІ); перейти в камеру (І, ІІ, ІІІ).

8. Річкове судно отримало в днище пробоїну площею 200 см2. Матрос масою 80 кг перекрив доступ води, накривши отвір пластиною і вставши на неї. Визначте осадку судна. Масу пластини не враховуйте.

експериментальне завдання

«Манометр своїми руками» .Воспользовавшісь прозорою еластичною трубкою і лінійкою, виготовте манометр, який буде вимірювати різницю тисків в атмосфері і пляшці (див. Малюнок). Простежте зміна різниці тисків протягом тижня; зробіть висновок.

Фізика і техніка в Україні

Каскад із шести гідроелектростанцій (ГЕС) на дніпрі є вижним елементом енергосистеми України. Зведення цих ГЕС забезпечило енергією заводи-гіганти, принесло електричне світло в тисячі будинків запорожья, Кривого Рогу та інших міст України. Після того як високі дамби перегородили дніпро, глибина річки значно збільшилася. Це забезпечило судноплавство по всій довжині Дніпра. А щоб суду могли плисти і далі, до Чорного моря, в конструкції гребель інженери передбачили спеціальні вузли - шлюзи.

Шлюз являє собою систему послідовно розташованих «кімнат», які називають камерами. У кожній камері з двох сторін є «двері», але немає «даху». Розміри камер величезні - кожна з них здатна вмістити одночасно кілька теплоходів. Працює шлюз наступним чином. судно входить в першу камеру, її зовнішні двері за ним зачиняються, і відбувається вирівнювання рівня води з другої камерою через систему сполучених труб (за принципом сполучених посудин). Потім відкриваються двері між першою і другою камерами - судно переходить в другу камеру і т. Д.

Це матеріал підручника Фізика 7 клас Бар'яхтар, Довгий