Номер 7, страница 238 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 6. Взаимные превращения жидкостей и газов. Параграф 6.9. Примеры решения задач. Упражнение 5 - номер 7, страница 238.

Условие.

7. Два сосуда, соединённых трубками с кранами, наполнены водой до разных уровней (рис. 6.22). Воздух из сосудов откачан. Что произойдёт, если соединить сосуды, открыв кран:

1) в нижней трубке;

2) в верхней трубке?

Рис. 6.22

Решение.

Решение

В данной задаче рассматриваются два сосуда, которые являются сообщающимися, но разделены кранами. Ключевым условием является то, что воздух из сосудов откачан. Это означает, что над поверхностью воды в обоих сосудах находится вакуум, и атмосферное давление на поверхность жидкости не действует. Давление в пространстве над водой создается только ее насыщенным паром, и оно одинаково в обоих сосудах (при одинаковой температуре).

1) в нижней трубке

При открытии крана в нижней трубке система превращается в классические сообщающиеся сосуды. Давление, которое столб жидкости оказывает на дно сосуда, называется гидростатическим и вычисляется по формуле $P = \rho g h$, где $\rho$ — плотность жидкости, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $\text{h}$ — высота столба жидкости.

Пусть высота воды в левом сосуде $h_1$, а в правом $h_2$. Из рисунка видно, что $h_2 > h_1$. Следовательно, гидростатическое давление на уровне нижнего крана в правом сосуде ($P_2 = \rho g h_2$) будет больше, чем в левом ($P_1 = \rho g h_1$). Под действием этой разницы давлений вода начнет перетекать из правого сосуда в левый. Движение жидкости прекратится, когда давление на одном и том же уровне в обоих сосудах станет одинаковым, что произойдет при выравнивании уровней воды ($h_1 = h_2$).

Ответ: Вода будет перетекать из правого сосуда в левый до тех пор, пока уровни воды в обоих сосудах не станут одинаковыми.

2) в верхней трубке

При открытии крана в верхней трубке соединяются пространства над поверхностью воды. Так как по условию воздух из них откачан, то эти пространства содержат только пары воды при очень низком давлении (давление насыщенного пара). Поскольку давление в этих пространствах одинаково, при их соединении не произойдет никакого переноса газа или изменения давления. Нижняя трубка закрыта, а верхняя находится выше уровня воды, поэтому жидкость не может перетекать из одного сосуда в другой. Таким образом, система останется в исходном состоянии.

Ответ: Ничего не произойдет, уровни воды в сосудах останутся прежними.