Номер 7, страница 27 - гдз по физике 7 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. ТЗ-14. Сообщающиеся сосуды - номер 7, страница 27.

Условие.

7. а) Объясните действие фонтана. От чего зависит высота подъёма воды в фонтане?

б) Зачем при осушении болот роют фонтаны?

Решение.

а) Действие фонтана основано на законе сообщающихся сосудов или на создании избыточного давления с помощью насоса. В простейшем случае, если резервуар с водой (источник) находится выше, чем выпускное отверстие фонтана (сопло), то вода в системе будет стремиться выровнять свой уровень. Давление, создаваемое разницей высот, выталкивает воду из сопла вверх. В современных фонтанах чаще всего используется насос, который принудительно подает воду под давлением в сопло.

Высота подъема воды в фонтане зависит от нескольких ключевых факторов. Во-первых, от давления у сопла: чем выше давление, тем с большей скоростью вода выходит из сопла и тем выше она поднимается. Во-вторых, от начальной скорости струи. Согласно закону сохранения энергии, кинетическая энергия воды $E_k = \frac{mv^2}{2}$ переходит в потенциальную энергию $E_p = mgh$ (пренебрегая сопротивлением воздуха). Отсюда максимальная высота подъема $h_{max} = \frac{v^2}{2g}$, где $\text{v}$ – начальная скорость воды, а $\text{g}$ – ускорение свободного падения. Таким образом, высота подъема пропорциональна квадрату начальной скорости. В-третьих, на высоту влияют внешние силы, такие как сопротивление воздуха, которое тормозит струю, и сила тяжести. Наконец, важна и конструкция сопла, так как его диаметр и форма влияют на скорость истечения воды.

Ответ: Действие фонтана объясняется законом сообщающихся сосудов или работой насоса, создающего давление. Высота подъема воды зависит главным образом от начальной скорости струи, которая определяется давлением воды у сопла. Также на высоту влияют сила тяжести, сопротивление воздуха и конструкция сопла.

б) При осушении болот иногда роют так называемые артезианские фонтаны (или самоизливающиеся скважины). Болота часто располагаются в низинах. Под слоем водоупорного грунта (например, глины) могут находиться напорные водоносные горизонты. Вода в таких горизонтах находится под давлением, так как области питания этого горизонта (места, где вода просачивается с поверхности) находятся на большей высоте.

Это явление также основано на принципе сообщающихся сосудов, где в роли сосудов выступают пласты горных пород. Когда в низине (в болоте) пробуривают скважину, которая достигает такого напорного водоносного слоя, вода под давлением устремляется вверх и начинает бить из-под земли, образуя фонтан. Этот постоянный отток воды из-под земли способствует понижению уровня грунтовых вод и, как следствие, осушению болотистой местности.

Ответ: Фонтаны при осушении болот роют для того, чтобы вскрыть напорные подземные водоносные слои. Вода из этих слоев под естественным давлением поднимается на поверхность и изливается, что обеспечивает постоянный отвод воды и способствует осушению территории.