Номер 25.23, страница 88 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 25. Атмосферное давление. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 25.23, страница 88.

25.23* [563*] В трубке, наполненной ртутью, отверстие А закрыто пробкой (рис. III-62). Что произойдёт, если вытащить пробку из отверстия?

Рис. III-62

Решение

В исходном состоянии система представляет собой ртутный барометр. Столб ртути в трубке удерживается давлением атмосферного воздуха, действующим на поверхность ртути в широком сосуде. В запаянном пространстве над ртутью в трубке находится разрежение (торричеллиева пустота), и давление там близко к нулю. Равновесие системы описывается формулой, где атмосферное давление $P_{атм}$ уравновешивается давлением столба ртути высотой $h$:

$P_{атм} \approx \rho \cdot g \cdot h$

где $\rho$ — плотность ртути, $g$ — ускорение свободного падения.

Когда пробку извлекают из отверстия А, внутреннее пространство трубки на этом уровне сообщается с атмосферой. Поскольку давление внутри трубки на уровне А было значительно ниже атмосферного, воздух начнет поступать внутрь трубки через это отверстие.

Поступивший воздух заполнит пространство над ртутью, и давление на поверхность ртутного столба внутри трубки станет равным атмосферному ($P_{атм}$). Теперь давление на свободную поверхность ртути как внутри трубки, так и в широком сосуде, будет одинаковым.

Система превратится в сообщающиеся сосуды, открытые в атмосферу. Согласно закону сообщающихся сосудов, однородная жидкость в таких условиях устанавливается на одном уровне. Столб ртути в трубке, который ранее поддерживался разностью давлений, под действием силы тяжести опустится. Ртуть будет перетекать из трубки в широкий сосуд до тех пор, пока уровни жидкости в них не выровняются.

Ответ:

Если вытащить пробку из отверстия А, воздух войдет внутрь трубки, давление над столбом ртути станет равным атмосферному, и ртуть из трубки вытечет в сосуд до тех пор, пока уровни ртути в трубке и сосуде не сравняются.