Номер 24.38, страница 84 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 24. Давление в жидкостях. Сообщающиеся сосуды. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 24.38, страница 84.

24.38 [541] Объясните действие фонтана (рис. III-47).

Рис. III-47

Устройство, показанное на рисунке, представляет собой модель простого фонтана, работа которого основана на физическом законе о сообщающихся сосудах и явлении гидростатического давления.

Решение

Система состоит из двух соединенных сосудов: воронки, закрепленной на штативе, и гибкой U-образной трубки. Когда в систему наливают воду, воронка и трубка образуют сообщающиеся сосуды. Согласно закону сообщающихся сосудов, однородная жидкость в них устанавливается на одном уровне, если давление над поверхностями жидкости одинаково (в данном случае, атмосферное).

В эксперименте воронка поднята на определенную высоту, а выходное отверстие трубки находится ниже уровня воды в воронке. Обозначим высоту уровня воды в воронке как $h_1$, а высоту выходного отверстия трубки как $h_2$. Поскольку $h_1 > h_2$, возникает разница высот столбов жидкости.

Эта разница высот $\Delta h = h_1 - h_2$ создает избыточное гидростатическое давление. Давление столба жидкости определяется формулой $p = \rho g h$, где $\rho$ — плотность жидкости, $g$ — ускорение свободного падения, $h$ — высота столба жидкости. Давление, создаваемое столбом воды в воронке на уровне выходного отверстия, больше, чем давление на выходе из трубки (которое равно атмосферному).

Под действием этого избыточного давления вода выталкивается из трубки вверх, образуя струю фонтана. Вода в струе стремится достичь первоначального уровня, то есть уровня воды в воронке. В идеальных условиях (без трения воды о стенки трубки и без сопротивления воздуха) высота фонтана была бы равна разности уровней $\Delta h$. В реальности высота струи будет несколько меньше из-за потерь энергии.

Ответ: Действие фонтана основано на законе сообщающихся сосудов. Вода из трубки выталкивается под действием избыточного гидростатического давления, которое создается за счет того, что уровень воды в воронке находится выше выходного отверстия трубки.