Народна Освіта » Фізика » § 34. Сполучені посудини

НАРОДНА ОСВІТА

§ 34. Сполучені посудини

Спостереження. На столі стоїть наповнений прозорий чайник (мал. 169). Що треба зробити, щоб налити чай у чашку?

Можна побачити, що чайник і носик -посудини, сполучені між собою отвором у нижній частині, тому рідина заповнює їх і перебуває на одному рівні, а верхній отвір носика розташований вище від рівня рідини в повному чайнику. Якщо чайник нахилити в бік носика, то його отвір опуститься нижче від рівня рідини, і вона витікатиме із чайника в чашку.

Дослід. Візьмемо дві скляні трубки, з’єднаємо їх гумовою трубкою, яку перекриємо затискачем, і наллємо в одну із трубок води (мал. 170, а). Коли затискач заберемо, то побачимо, що рідина в трубках розмістилася на

однаковому рівні (мал. 170, б). Піднімемо одну із трубок - рівень рідини у трубках не зміниться (мал. 170, в).

З’єднані між собою посудини, у яких рідина може вільно перетікати з однієї посудини в іншу, називають сполученими посудинами.

Замінюватимемо одну із трубок сполучених посудин трубками іншого діаметра та іншої форми (мал. 171). У результаті досліду переконаємося, що вільні поверхні нерухомої однорідної рідини у сполучених посудинах будь-якої форми перебувають на однаковому рівні. Звідси випливає закон сполучених посудин.

У сполучених посудинах вільні поверхні однорідної рідини встановлюються на одному рівні.

Для пояснення цього закону розглянемо малі об’єми рідини в ділянці поперечного перерізу внизу з’єднувальної трубки. У стані рівноваги ці об’єми перебувають у спокої. Це означає, що сили тиску, які діють на них у правій і лівій частинах перерізу, однакові. Оскільки площа перерізу у лівого й правого стовпів рідини однакова, то й гідростатичні тиски, які створюють ці стовпи рідин, мають бути однаковими. Разом з ними, за законом Паскаля, однаковою буде й висота обох стовпів, тобто h1 = h2.

Якщо в одну із сполучених посудин налити, наприклад, воду густиною P1, а в другу - гас густиною р2, то вільні поверхні цих рідин установляться на різних рівнях, причому рівень гасу буде вищий, ніж рівень води (мал. 172). Оскільки рідини в рівновазі перебувають у спокої, то згідно із законом Паскаля можна стверджувати, що тиск, який створюється лівим і правим стовпами рідини, наприклад на рівні розділу рідин АВ, однаковий, тобто:

Звідси за допомогою формули гідростатичного тиску одержимо співвідношення:

або після скорочення на g:

Із цієї рівності випливає пропорція:

Бачимо, що висоти різнорідних рідин, відлічувані від рівня поверхні їх стикання, у сполучених посудинах обернено пропорційні їх густинам.

Для встановлення рівноваги висота стовпа легшої рідини має бути більшою.

Прикладами сполучених посудин є: лійка, яку використовують для поливання рослин; водомірне скло парового котла - для визначення рівня води в котлі; водяний рівень - для проведення горизонтальної лінії на горбистій місцевості.

За законами сполучених посудин працюють артезіанські колодязі або свердловини. Свердловину роблять у найнижчому місці водяного шару, і вода піднімається на поверхню, б’ючи фонтаном.

Водонапірна мережа є розгалуженою системою сполучених посудин. Щоб вода витікала в найвищому місці водонапірної мережі, треба бак водонапірної башти розміщувати не нижче від цього місця.

Розглянемо, як працює така система водопроводу (мал. 173).

На водонапірній башті 1 встановлюють великий бак 2 для води. За допомогою потужних насосів 3 з водойми (річки, озера) або свердловини воду закачують для очищення у відстійник 5, потім подають для фільтру-

вання у резервуар 4, а далі - у магістраль і у водонапірну башту. До магістралі 6 приєднано водопровідні труби окремих будинків. Щоб вода в них узимку не замерзала, їх ізолюють і укладають під землю. У кожному будинку в квартирах на трубах установлюють водяні крани. Коли відкривається кран, вода починає виливатися, тому що рівень рідини в башті вищий, ніж у квартирі.

Прикладом сполучених посудин є шлюзи.

Шлюзи (з лат. шлеузе - утримую, відокремлюю) - це гідротехнічна споруда для переведення суден на річці або каналі з одного рівня на інший.

Шлюзи є одним з яскравих прикладів застосування сполучених посудин у техніці. Будь-який шлюз складається із шлюзової камери, яка має верхні й нижні ворота. Камера сполучена з річкою або каналом широкими трубами, які закривають висувними щитами. На малюнках 174, 175 зображено схему роботи шлюзу, коли корабель пливе за течією річки.

Коли корабель підходить до шлюзу, ворота А шлюзу закриті (мал. 174). Відкривають щит труби, яка сполучає верхню частину річки з камерою. Вода з річки поступово перетікає в камеру а. Коли рівень води в камері а зрівняється з рівнем її у верхній частині річки, верхні ворота А відкривають, і корабель входить у камеру а. Після цього верхні ворота закривають (мал. 175) і відкривають щит труби, яка сполучає камеру а з нижньою частиною річки б. Камера шлюзу а поступово звільняється від води до рівня її в нижній частині річки б. Потім відкривають нижні ворота В, і корабель виходить у річку.

При великій різниці верхнього й нижнього рівнів річки будують кілька шлюзових камер, які працюють послідовно.

Якщо будете пливти на теплоході по Дніпру з Києва до Чорного моря, то обов’язково побачите, наприклад, шлюзи Запорізької ГЕС (мал. 176).

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1.    Які посудини називають сполученими?

2.    У чому полягає закон сполучених посудин?

3.    Як установлюються поверхні однорідної рідини у сполучених посудинах?

4.    Як установлюються поверхні різнорідних рідин у сполучених посудинах?

5.    Наведіть приклади сполучених посудин.

6.    Чому водонапірні башти будують завжди на найвищих місцях і піднімають їх до рівня, який лежить вище за всі будівлі, що живляться від неї водою?

 

Це матеріал з підручника Фізика 7 клас Сиротюк

 

Категорія: Фізика

Автор: admin от 9-01-2016, 00:15, посмотрело: 2982