Номер 1, страница 145 - гдз по физике 7 класс учебник Кронгарт, Даданбеков

1. Как устроен и как работает жидкостный манометр?

1. Жидкостный манометр — это прибор для измерения давления, принцип действия которого основан на уравновешивании измеряемого давления давлением столба жидкости. Он состоит из двух основных частей: U-образной трубки и измерительной шкалы.

Устройство

Основным элементом жидкостного манометра является U-образная трубка, изготовленная из прозрачного материала (обычно стекла). Трубка частично заполнена рабочей жидкостью. В зависимости от диапазона измеряемых давлений в качестве жидкости может использоваться вода, спирт, масло или ртуть. Ртуть, обладая высокой плотностью, применяется для измерения значительных перепадов давления, тогда как вода или спирт — для более точного измерения малых давлений, так как даже небольшое изменение давления вызывает заметное изменение высоты столба этих жидкостей.

Один из концов (одно колено) U-образной трубки соединяется с помощью гибкого шланга с сосудом, в котором требуется измерить давление. Другой конец трубки, как правило, остается открытым и сообщается с атмосферой. Вдоль трубки размещена шкала с делениями (обычно в миллиметрах), которая позволяет измерить разность уровней жидкости в обоих коленах.

Принцип работы

Работа манометра основана на законе сообщающихся сосудов.

1. Когда оба колена трубки находятся под действием одинакового, атмосферного давления, жидкость в них устанавливается на одном уровне (нулевая отметка шкалы).

2. При подключении одного колена к источнику давления (например, к сосуду с газом, давление которого больше атмосферного), газ начинает давить на поверхность жидкости в этом колене. Это приводит к тому, что уровень жидкости в нем опускается, а в другом, открытом, колене — поднимается.

3. Жидкость приходит в равновесие, когда избыточное давление газа уравновешивается давлением, создаваемым избыточным столбом жидкости высотой $h$. Эта высота $h$ представляет собой разность уровней жидкости в левом и правом коленах трубки.

Избыточное (манометрическое) давление $p_{изб}$, то есть разница между давлением газа и атмосферным давлением, определяется по формуле гидростатического давления:

$p_{изб} = \rho \cdot g \cdot h$

где:

$\rho$ — плотность жидкости, используемой в манометре,

$g$ — ускорение свободного падения (приблизительно $9.8 \, м/с^2$),

$h$ — разность высот столбов жидкости в коленах, измеренная по шкале.

Если давление в сосуде, наоборот, меньше атмосферного (разрежение), то атмосферное давление будет "вдавливать" жидкость в колено, соединенное с сосудом, и уровень в нем поднимется, а в открытом колене — опустится. Разность уровней $h$ в этом случае также позволит рассчитать разрежение.

Таким образом, измерив разность уровней $h$ и зная плотность жидкости, можно легко рассчитать давление, которое отличается от атмосферного.

Ответ: Жидкостный манометр состоит из U-образной трубки с жидкостью и шкалой. Один конец трубки подключается к источнику измеряемого давления, другой сообщается с атмосферой. Давление в источнике заставляет жидкость перемещаться, создавая разность уровней $h$ в коленах трубки. Эта разность уровней пропорциональна избыточному давлению, которое вычисляется по формуле $p = \rho \cdot g \cdot h$, где $\rho$ — плотность жидкости, а $g$ — ускорение свободного падения.