Народна Освіта » Фізика » Сообщающиеся сосуды. Манометры

НАРОДНА ОСВІТА

Сообщающиеся сосуды. Манометры

Каждое утро мы умываемся. А знаете ли вы, почему течет вода из крана, когда мы его открываем? А почему выливается вода из носика чайника, если чайник наклонить? А как «работает» артезианский колодец? Может, кто-то из вас уже знает, что все эти устройства являются сообщающимися сосудами. Именно о сообщающихся сосудах, их свойствах и применении будет идти речь в этом параграфе.

исследуем сообщающиеся сосуды

Сообщающиеся сосуды — это сосуды, которые соединены между собой так, что между ними может перетекать жидкость.

Простейшие сообщающиеся сосуды — это две соединенные между собой трубки. Если в одну из трубок наливать воду, то вода будет перетекать в другую трубку. Когда движение воды прекратится, вода в обеих трубках (обоих коленах сообщающихся сосудов) установится на одном уровне (рис. 26.1, а). Если наклонить или поднять одно из колен, то вода будет перетекать из колена, расположенного выше, пока уровни воды в обоих коленах не сравняются (рис. 26.1, б).

Итак, мы определили основное свойство сообщающихся сосудов:

В открытых сообщающихся сосудах свободные поверхности однородной неподвижной жидкости располагаются на одном уровне.

Обратите внимание! Свободные поверхности жидкости устанавливаются на одном уровне не только в двух, но и в любом количестве сообщающихся сосудов — независимо от того, какую форму они имеют и как расположены в пространстве (рис. 26.2).

А вот если в правое и левое колена сообщающихся сосудов налить жидкости, которые не смешиваются и имеют разные плотности, например керосин и воду, результат будет иным. Рассмотрим рис. 26.3. На уровне CD давление столбов жидкостей в сосудах одинаково:

 

 

Отсюда

имеем еще одно свойство сообщающихся сосудов:

В открытых сообщающихся сосудах столб неподвижной жидкости, имеющей меньшую плотность, будет выше, чем столб неподвижной жидкости, имеющей большую плотность. для двух открытых сообщающихся сосудов соотношение высот столбов жидкостей и плотностей этих жидкостей имеет вид:

Сообщающиеся сосуды широко применяют в быту, медицине, технике, строительстве. Шлюзы на каналах и реках, водопроводы, водомерные трубки на паровых котлах, артезианские колодцы, фонтаны, чайники, воронки, капельницы — все это примеры сообщающихся сосудов.

Рассмотрите рис. 26.4 и попробуйте объяснить принцип действия некоторых устройств.

Изготовляем открытый жидкостный манометр

На правое колено и-образной трубки, в которую налита однородная жидкость, наденем резиновую грушу. Слегка сожмем грушу — жидкость в трубке установится таким образом, что высота столба жидкости в правом колене будет меньше, чем в левом, на h (рис. 26.5).

Определим давление воздуха рв в правом колене трубки. На уровне АВ давление в жидкости одинаково (рА = рВ). В точке В это будет давление рв — давление воздуха в груше, в точке А — атмосферное давление ратм плюс гидростатическое давление столба жидкости высотой h. Получаем:

Итак, с помощью и-образной трубки, заполненной однородной жидкостью (известной плотности р), и линейки, позволяющей измерить разность уровней жидкости в коленах трубки (И), можно определить, на сколько давление газа в груше отличается от атмосферного. Соответствующий прибор называют открытый жидкостный манометр (рис. 26.6).

Манометр — это прибор для измерения давления жидкостей и газов.

Открытый жидкостный манометр (рис. 26.6, а) состоит из линейки 1, к которой присоединена ^образная трубка 2. Трубка заполнена подкрашенной жидкостью 3 так, что уровень жидкости расположен на отметке 0.

При измерениях (рис. 26.6, б) одно колено трубки оставляют открытым в атмосферу, а второе с помощью шланга 4 соединяют с емкостью, в которой нужно измерить давление газа (колба 5).

Например, на рис. 26.6, б разность уровней подкрашенной жидкости в сообщающихся сосудах составляет 10 см (h = 01 м). Если в трубке находится подкрашенная вода, то давление газа в колбе 5 меньше атмосферного давления на 980 Па:

Заменяем жидкостный манометр металлическим

Жидкостный манометр не всегда удобен в использовании: необходимо доливать жидкость до нужного уровня, осуществлять дополнительные вычисления. Поэтому, как правило, используют металлические деформационные манометры (рис. 26.7).

Основной элемент металлического деформационного манометра — гибкая дугообразная трубка 1, один конец которой (А) запаян. Второй конец трубки (Б) соединен с резервуаром, в котором нужно измерить давление. Принцип действия таких манометров следующий. Если давление

газа внутри трубки больше атмосферного, то гибкая трубка распрямляется и ее движение передается через механизм 2 к стрелке 3, движущейся вдоль шкалы 4 прибора. После уменьшения давления газа до атмосферного трубка возвращается в начальное (недеформированное) положение, а стрелка останавливается на отметке 0. Шкала металлического манометра проградуирована в атмосферах или паскалях.

Обратите внимание! Металлический деформационный манометр показывает, на сколько измеренное давление больше или меньше атмосферного.

Учимся решать задачи

Задача. В правое колено открытой ^образной трубки, содержащей воду, налили слой керосина высотой 12,5 см (см. рисунок). Определите разность уровней воды и керосина в коленах трубки. Керосин и вода не смешиваются.

Анализ физической проблемы. В однородной жидкости давление на одном горизонтальном уровне одинаково. В обоих коленах на уровне ЛБ и ниже находится вода, значит, на уровне ЛБ давления, создаваемые атмосферой и жидкостями, одинаковы.

Чтобы определить гидростатические давления жидкостей, нужно знать их плотности. Плотности воды и керосина узнаем из таблицы плотностей (с. 249). Задачу будем решать в единицах СИ.

 

 

Подводим итоги

Сообщающиеся сосуды — это сосуды, которые соединены между собой так, что между ними может перетекать жидкость.

В открытых сообщающихся сосудах разных форм и размеров свободная поверхность однородной неподвижной жидкости располагается на одном уровне; если плотности жидкостей в сосудах различны, то столб жидкости, имеющей меньшую плотность, выше, чем столб жидкости, имеющей большую плотность.

Манометры — это приборы для измерения давления жидкостей и газов. В открытом жидкостном манометре давление газа рг в сосуде определяется по разности h уровней жидкости в коленах прибора:

 

На практике широко используют металлические деформационные манометры.

 

Контрольные вопросы

1. Приведите примеры сообщающихся сосудов. 2. Сформулируйте основное свойство сообщающихся сосудов. 3. Как ведут себя жидкости разной плотности, налитые в сообщающиеся сосуды? 4. Что такое манометр? 5. Как работает открытый жидкостный манометр? 6. Опишите строение и принцип действия металлического деформационного манометра.

Упражнение № 26

1. В жидкостном манометре находится вода (рис. 1). Левое колено манометра открыто в атмосферу. Какое давление больше — атмосферное или давление в баллоне?

2. На сколько отличается давление в баллоне (см. задание 1) от атмосферного?

3. В некоторых храмах Древней Греции стояла так называемая «неисчерпаемая чаша» (рис. 2). Объясните, опираясь на рисунок, как работало это «чудо».

4. В жидкостном манометре (рис. 3) находится ртуть. Левое колено манометра открыто в атмосферу. Определите давление в баллоне, если атмосферное давление равно 100 кПа.

5. Составьте задачу, обратную задаче в § 26, и решите ее.

 

 

6. Определите давление газа в колбе В (рис. 4), если давление газа в колбе Аравно 100 гПа.

7. Воспользуйтесь дополнительными источниками информации и узнайте о принципе работы шлюзов. Представьте себе, что вы оператор соответствующей службы. Составьте систему команд для проведения судна через камеры шлюза (рис. 5). Разрешается использовать такие команды: открыть (закрыть) ворота (1, 2, 3, 4); спустить воду из камеры (І, ІІ, ІІІ); запустить воду в камеру (І, ІІ, ІІІ); перейти в камеру (І, ІІ, ІІІ).

8. Речное судно получило в днище пробоину площадью 200 см2. Матрос массой 80 кг перекрыл доступ воды, накрыв отверстие пластиной и встав на нее. Определите осадку судна. Массу пластины не учитывайте.

 

 

Экспериментальное задание

«Манометр своими руками».Воспользовавшись прозрачной эластичной трубкой и линейкой, изготовьте манометр, который будет измерять разность давлений в атмосфере и бутылке (см. рисунок). Проследите изменение разности давлений в течение недели; сделайте вывод.

 

 

Физика и техника в Украине

Каскад из шести гидроэлектростанций (ГЭс) на днепре является выжным элементом энергосистемы Украины. Возведение этих ГЭс обеспечило энергией заводы-гиганты, принесло электрический свет в тысячи домов запорожья, Кривого Рога и других городов Украины. После того как высокие дамбы перегородили днепр, глубина реки значительно увеличилась. Это обеспечило судоходство по всей длине днепра. А чтобы суда могли плыть и дальше, к Черному морю, в конструкции плотин инженеры предусмотрели специальные узлы — шлюзы.

Шлюз представляет собой систему последовательно расположенных «комнат», которые называют камерами. В каждой камере с двух сторон есть «двери», но нет «крыши». Размеры камер огромны — каждая из них способна вместить одновременно несколько теплоходов. Работает шлюз следующим образом. судно входит в первую камеру, ее внешние двери за ним закрываются, и происходит выравнивание уровня воды со второй камерой через систему сообщающихся труб (по принципу сообщающихся сосудов). Потом открываются двери между первой и второй камерами — судно переходит во вторую камеру и т. д.

 

 

 

Это материал учебника Физика 7 класс Барьяхтар, Довгий

 

Категорія: Фізика

Автор: admin от 24-01-2017, 07:56, посмотрело: 1836