Номер 18, страница 48 - гдз по физике 7 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

V. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Выполняем тест - номер 18, страница 48.

Условие.

18. На рисунке приведена схема двух бассейнов, которые соединены между собой. Вода поступила в первый бассейн через трубу (вентиль 1 открыт), при этом вентиль 2 был закрыт. После того как вентиль 2 открыли (вентиль 3 закрыт):

1) вся вода из первого бассейна перетекла во второй

2) часть воды из первого бассейна перетекла во второй, при этом уровень воды в первом бассейне оказался выше, чем во втором

3) часть воды из первого бассейна перетекла во второй, при этом уровень воды во втором бассейне оказался выше, чем в первом

4) часть воды из первого бассейна перетекла во второй, при этом уровни воды в первом и втором бассейнах оказались одинаковы

Решение.

Решение

В данной задаче рассматривается система из двух бассейнов, соединённых трубой с вентилем. Такая система является примером сообщающихся сосудов.

Согласно условию, сначала вода поступает в первый бассейн, а второй остаётся пустым. Это означает, что уровень воды в первом бассейне $h_1$ больше нуля, а во втором $h_2 = 0$. Следовательно, гидростатическое давление на дно в первом бассейне, которое определяется формулой $P_1 = \rho g h_1$, больше, чем во втором ($P_2 = 0$), где $\rho$ – плотность воды, а $\text{g}$ – ускорение свободного падения.

Когда открывают вентиль 2, соединяющий бассейны, вода под действием разницы давлений начинает перетекать из первого бассейна во второй (из области большего давления в область меньшего). Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока давления на одном и том же горизонтальном уровне (например, на уровне соединительной трубы) не выровняются.

Согласно закону сообщающихся сосудов, для однородной жидкости (в данном случае воды), находящейся в состоянии покоя, её поверхность в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне, независимо от формы сосудов. Это означает, что перетекание воды прекратится, когда уровни воды в обоих бассейнах станут одинаковыми ($h_1' = h_2'$).

Проанализируем предложенные варианты ответа:

1. ① вся вода из первого бассейна перетекла во второй – это утверждение неверно, так как вода перестанет течь, когда уровни сравняются, а не когда первый бассейн полностью опустеет.
2. ② уровень воды в первом бассейне оказался выше, чем во втором – это утверждение неверно, так как при наличии разницы уровней вода продолжала бы перетекать из первого бассейна во второй до установления равновесия.
3. ③ уровень воды во втором бассейне оказался выше, чем в первом – это утверждение физически невозможно, так как вода не может самопроизвольно перетекать из сосуда с более низким уровнем в сосуд с более высоким.
4. ④ часть воды из первого бассейна перетекла во второй, при этом уровни воды в первом и втором бассейнах оказались одинаковы – это утверждение полностью соответствует закону сообщающихся сосудов. Это и есть условие равновесия системы.

Ответ: 4