Номер 2, страница 61 - гдз по физике 7 класс контрольные и самостоятельные работы Громцева

Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Самостоятельные работы. СР-30. Сообщающиеся сосуды. Вариант № 2 - номер 2, страница 61.

Решение.

Согласно закону сообщающихся сосудов, в состоянии равновесия поверхность однородной жидкости в открытых сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне. Это справедливо при выполнении ряда условий. Уровни жидкости могут быть различными, если хотя бы одно из этих условий нарушается. Основные причины различия уровней следующие:

1. Различие плотностей жидкостей

Если в разные колена сообщающихся сосудов налиты жидкости, которые не смешиваются и имеют разную плотность (например, вода и масло), то их уровни не будут одинаковыми. Давление столба жидкости на определенной глубине зависит от высоты этого столба и плотности жидкости по формуле $p = \rho g h$. В состоянии равновесия давления на уровне границы раздела жидкостей должны быть одинаковыми. Это означает, что столб жидкости с меньшей плотностью будет выше столба жидкости с большей плотностью. Высоты столбов $h_1$ и $h_2$, отсчитываемые от уровня их раздела, будут связаны обратной пропорциональностью с плотностями $\rho_1$ и $\rho_2$: $\rho_1 h_1 = \rho_2 h_2$.

2. Разное внешнее давление

Закон сообщающихся сосудов справедлив только в том случае, если давление над свободной поверхностью жидкости во всех сосудах одинаково (как правило, это атмосферное давление). Если давление над жидкостью в разных сосудах различается (например, одно колено открыто, а другое герметично закрыто, и давление в нем изменено), то уровни жидкости установятся на разной высоте. Жидкость поднимется в том сосуде, где внешнее давление меньше, и опустится там, где оно больше. Разность уровней $\Delta h$ будет уравновешивать разность внешних давлений $\Delta p_{внешн}$ в соответствии с формулой: $\Delta p_{внешн} = \rho g \Delta h$.

3. Капиллярные явления

Если диаметр одного или нескольких сообщающихся сосудов очень мал (соизмерим с миллиметром и меньше), то становятся существенными силы поверхностного натяжения. В таких узких трубках, называемых капиллярами, уровень жидкости может подниматься (для смачивающих жидкостей, например, воды в стеклянном капилляре) или опускаться (для несмачивающих жидкостей, например, ртути в стекле) относительно уровня в широком сосуде. Если сообщающиеся сосуды имеют разный малый диаметр, то высота капиллярного поднятия или опускания в них будет различной, что приведет к разнице в итоговых уровнях жидкости.

4. Движение жидкости

Закон сообщающихся сосудов описывает систему, находящуюся в состоянии гидростатического равновесия, то есть когда жидкость неподвижна. Если жидкость находится в движении — перетекает из одного сосуда в другой, совершает колебания после доливания, — ее уровни в разных частях системы в данный момент времени, как правило, будут различными. Равенство уровней установится только после того, как все движения прекратятся и система придет в состояние покоя.

Ответ: Уровень жидкости в сообщающихся сосудах может быть различным по следующим причинам: 1) в сосуды налиты разные по плотности несмешивающиеся жидкости; 2) давление над поверхностью жидкости в разных сосудах различно; 3) сосуды являются узкими (капиллярами), что приводит к проявлению капиллярных эффектов; 4) жидкость находится в движении и система не достигла состояния равновесия.