Задание 5, страница 51 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 5

Используя трубку ПВХ, линейку и скотч, изготовьте манометр. Испытайте его в действии:
соединив с капсулой, измерьте давление внутри сосуда с водой.

Используя трубку ПВХ, линейку и скотч, изготовьте манометр.

Для изготовления жидкостного U-образного манометра потребуются следующие материалы и инструменты:

• Гибкая прозрачная трубка ПВХ (например, от капельницы или для гидроуровня) длиной около 50-70 см.
• Линейка с миллиметровыми делениями.
• Скотч или изолента.
• Небольшой плоский и твердый предмет для основания (например, кусок картона, фанеры или пластика).
• Подкрашенная вода (например, с помощью акварельной краски или чернил для лучшей видимост).

Порядок изготовления:

1. Согните трубку ПВХ в виде латинской буквы U так, чтобы оба ее конца были направлены вверх.
2. Прикрепите согнутую трубку к основанию с помощью скотча. Важно, чтобы вертикальные части трубки (колена) были параллельны друг другу.
3. Рядом с одним из колен трубки или между ними прикрепите вертикально линейку. Нулевая отметка линейки может быть расположена в нижней части изгиба трубки.
4. Аккуратно залейте в трубку подкрашенную воду так, чтобы она заполнила нижнюю часть и ее уровни в обоих коленах установились на одной высоте примерно посередине вертикальных участков.

Самодельный манометр готов к использованию. Изначально уровни жидкости в обоих коленах одинаковы, так как на них действует одинаковое атмосферное давление.

Испытайте его в действии: соединив с капсулой, измерьте давление внутри сосуда с водой.

Для испытания манометра понадобится изготовить чувствительный к давлению элемент — капсулу. Простейшую капсулу можно сделать из небольшой воронки и куска тонкой резины (например, от воздушного шарика). Резину нужно натянуть на широкую часть воронки и плотно закрепить. Узкий конец воронки соединяется с одним из концов трубки манометра. Второй конец трубки манометра остается открытым.

Порядок проведения эксперимента и измерения давления:

1. Подготовьте глубокий сосуд с водой (например, ведро, банку или высокий мерный цилиндр).
2. Опустите капсулу в сосуд с водой на некоторую глубину $d$. Мембрана капсулы (резина на воронке) должна быть расположена горизонтально.
3. Вода в сосуде будет давить на мембрану капсулы. Это давление передастся по воздуху в трубке к жидкости в манометре.
4. В результате уровень жидкости в колене, соединенном с капсулой, опустится, а в открытом колене — поднимется.
5. С помощью линейки измерьте разность высот $h$ столбов жидкости в двух коленах манометра. Это и есть измеряемая величина.

Расчет избыточного давления (давления, превышающего атмосферное) производится по формуле гидростатического давления. Проведем примерный расчет.

Дано:

Жидкость в манометре — вода, ее плотность $\rho \approx 1000 \, кг/м^3$.
Ускорение свободного падения $g \approx 9.8 \, Н/кг$.
Измеренная разность уровней жидкости в манометре $h = 5 \, см$.

В системе СИ:
$h = 5 \, см = 0.05 \, м$.

Найти:

Избыточное давление $p$.

Решение:

Давление, которое показывает жидкостный манометр, вычисляется по формуле:
$p = \rho \cdot g \cdot h$
Подставим числовые значения в формулу:
$p = 1000 \, \frac{кг}{м^3} \cdot 9.8 \, \frac{Н}{кг} \cdot 0.05 \, м = 490 \, Па$.
Это давление соответствует давлению столба воды в сосуде на глубине погружения капсулы.

Ответ: измеренное избыточное давление внутри сосуда с водой на глубине погружения капсулы составляет 490 Па.