Номер 453, страница 62 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Вес воздуха. Атмосферное давление - номер 453, страница 62.

Условие.

453. a) Почему и при каких условиях переливается жидкость по трубке в нижний сосуд (рис. 69)? Где на практике применяют такое приспособление (сифон)? б) Будет ли переливаться жидкость по трубке, если закрыть герметически верхний сосуд; нижний сосуд? Почему?

Рис. 69

Решение.

а)

Жидкость переливается по трубке, называемой сифоном, благодаря разности давлений. Движущей силой является атмосферное давление, которое действует на поверхность жидкости в верхнем сосуде, и сила тяжести, действующая на столб жидкости в нисходящей части трубки.

На поверхность жидкости в верхнем сосуде действует атмосферное давление $P_{атм}$. Это давление "заталкивает" жидкость в трубку. Давление в любой точке внутри жидкости зависит от глубины. На выходе из трубки, который находится ниже уровня жидкости в верхнем сосуде, столб жидкости в нисходящей части трубки создает дополнительное давление, которое "вытягивает" жидкость из трубки. Поскольку нисходящая часть трубки длиннее восходящей (относительно уровней жидкости), сила тяжести, действующая на этот более длинный столб, оказывается больше, и жидкость движется из верхнего сосуда в нижний.

Основные условия для работы сифона:
1. Трубка должна быть полностью заполнена жидкостью, без разрывов и воздушных пузырей.
2. Выходное отверстие трубки должно находиться ниже уровня свободной поверхности жидкости в верхнем сосуде.
3. Верхний сосуд должен быть открыт, чтобы на поверхность жидкости действовало атмосферное давление.
4. Высота изгиба трубки над уровнем жидкости в верхнем сосуде не должна превышать высоту, на которую атмосферное давление способно поднять данную жидкость (для воды при нормальном атмосферном давлении это около 10,3 м).

На практике такое приспособление (сифон) применяют для переливания жидкостей из больших или тяжелых емкостей, которые неудобно наклонять (например, слив бензина из бака автомобиля, воды из аквариума), а также в работе гидрозатворов в сантехнике (в раковинах и унитазах) для предотвращения проникновения неприятных запахов из канализации.

Ответ: Жидкость переливается из-за разности давлений, создаваемой атмосферным давлением и весом столба жидкости в трубке. Условия: трубка заполнена жидкостью, выходной конец трубки ниже уровня жидкости в источнике, сосуд-источник открыт. Применяется для переливания жидкостей (бензин, вода из аквариума) и в сантехнике (гидрозатворы).

б)

Если закрыть герметически верхний сосуд, переливание жидкости сначала замедлится, а потом прекратится. По мере вытекания жидкости из сосуда, объем воздуха над ней будет увеличиваться, а его давление, согласно закону Бойля-Мариотта, будет падать. Вскоре давление разреженного воздуха вместе с давлением столба жидкости в восходящей части трубки уравновесит внешнее атмосферное давление, и сила, толкающая жидкость вверх, исчезнет.

Если закрыть герметически нижний сосуд, переливание также прекратится. По мере наполнения нижнего сосуда жидкостью, объем воздуха в нем будет уменьшаться, а его давление — расти. Это возрастающее давление будет противодействовать вытеканию жидкости из трубки. В момент, когда давление сжатого воздуха и столба налившейся жидкости уравновесит давление, создаваемое столбом жидкости в сифоне, течение прекратится.

Ответ: В обоих случаях (если закрыть герметически верхний или нижний сосуд) переливание жидкости прекратится. В первом случае это произойдет из-за падения давления в верхнем сосуде, во втором — из-за роста давления в нижнем сосуде.