Номер 33, страница 28, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава IV. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Плавание тел. Параграф 18. Зависимость давления в жидкости и газе от глубины или высоты. Сообщающиеся сосуды - номер 33, страница 28.

Условие.

33. Сделайте фонтанчик, используя закон сообщающихся сосудов.

Решение.

Для создания простого фонтанчика на основе закона сообщающихся сосудов можно использовать следующую конструкцию.

Необходимые материалы

• Большой сосуд (пластиковая бутылка, канистра или ведро), который будет служить резервуаром.
• Гибкая трубка или шланг.
• Подставка для резервуара (стол, стул, полка).
• Вода.
• Герметик (по желанию, для более надежного соединения).

Инструкция по сборке

1. В нижней части резервуара проделайте отверстие, диаметр которого соответствует диаметру трубки.

2. Вставьте один конец трубки в это отверстие. Для предотвращения утечки воды место соединения можно обработать водостойким герметиком.

3. Установите резервуар на подставку. Чем выше будет стоять резервуар, тем сильнее будет напор фонтана.

4. Свободный конец трубки расположите ниже уровня, до которого будет налита вода в резервуаре. Чтобы получился фонтан, направьте этот конец вверх. Для увеличения высоты струи можно сузить выходное отверстие, сделав сопло.

5. Наполните резервуар водой. Из свободного конца трубки начнет бить фонтан.

Принцип работы

В основе работы такого фонтана лежит закон сообщающихся сосудов и понятие гидростатического давления. Резервуар с водой и соединенная с ним трубка образуют систему сообщающихся сосудов.

Согласно закону, в сообщающихся сосудах поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне. Однако в нашей конструкции выходное отверстие трубки (сопло) расположено ниже, чем свободная поверхность воды в резервуаре. Система стремится выровнять уровни, и поэтому вода начинает перетекать из резервуара в трубку.

Причиной этого движения является разность давлений, создаваемая столбом воды. Гидростатическое давление на уровне выходного отверстия зависит от высоты столба жидкости $\text{h}$ над ним (разницы уровней воды в резервуаре и сопле) и рассчитывается по формуле:

$p = \rho \cdot g \cdot h$

где $\rho$ — плотность воды, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $\text{h}$ — высота столба воды.

Это избыточное давление выталкивает воду из трубки, создавая струю. Фонтан будет работать до тех пор, пока уровень воды в резервуаре не опустится до уровня выходного отверстия трубки. Чем больше высота $\text{h}$, тем выше давление и тем выше будет бить струя фонтана.

Ответ: Чтобы сделать фонтанчик, нужно взять резервуар с водой, установить его на возвышении и соединить его дно с помощью трубки с соплом, расположенным ниже уровня воды в резервуаре. Разница в высотах создаст гидростатическое давление ($p = \rho g h$), которое будет выталкивать воду из сопла, образуя фонтан. Фонтан будет работать, пока уровень воды в резервуаре выше выходного отверстия.