Номер 2, страница 136 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Обсуди с товарищами. Параграф 40. Сообщающиеся сосуды. Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов - номер 2, страница 136.

Условие.

2. Что общего в принципе работы водопровода и шлюза? Почему при малоэтажном строительстве напор воды на верхних этажах домов меньше, чем на нижних?

Решение.

Решение 2.

Что общего в принципе работы водопровода и шлюза?

Принцип работы как водопровода, так и шлюза основан на физическом законе о сообщающихся сосудах. Сообщающимися сосудами называют любые соединенные между собой емкости, в которых жидкость может свободно перетекать из одной в другую. Согласно этому закону, в сообщающихся сосудах поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне (при условии, что давление над жидкостью одинаково).

В системе водопровода (например, с водонапорной башней) башня и разводка труб по домам представляют собой сообщающиеся сосуды. Вода из башни, где ее уровень поддерживается на значительной высоте, под действием силы тяжести поступает в дома. Вода течет из места с более высоким уровнем в место с более низким, обеспечивая подачу на этажи, расположенные ниже уровня воды в башне.

Шлюз на реке или канале также является системой сообщающихся сосудов. Камера шлюза, в которой находится судно, поочередно соединяется с верхним и нижним участками реки (бьефами). Чтобы поднять или опустить судно, камеру заполняют водой из верхнего бьефа или сливают воду в нижний бьеф. Вода перетекает естественным образом из-за разницы уровней, пока они не сравняются, что и позволяет судну перейти на другой уровень воды.

Ответ: Общий принцип работы водопровода и шлюза — это закон сообщающихся сосудов, который гласит, что жидкость в соединенных сосудах стремится установить единый уровень, перетекая из области более высокого уровня в область более низкого.

Почему при малоэтажном строительстве напор воды на верхних этажах домов меньше, чем на нижних?

Напор воды в кране определяется гидростатическим давлением, которое создает столб воды над точкой водоразбора. Это давление рассчитывается по формуле:
$p = \rho \cdot g \cdot h$
где:
$p$ – гидростатическое давление,
$\rho$ – плотность жидкости (для воды примерно 1000 кг/м³),
$g$ – ускорение свободного падения (примерно 9,8 м/с²),
$h$ – высота столба жидкости.

В контексте системы водоснабжения, высота $h$ – это вертикальное расстояние от уровня воды в источнике (например, в водонапорной башне или от уровня, поддерживаемого насосной станцией в централизованной сети) до конкретного крана.

Кран на верхнем этаже находится на большей высоте, чем кран на нижнем. Следовательно, высота столба воды $h$, давящего на кран верхнего этажа, будет меньше, чем высота столба воды, давящего на кран нижнего этажа ($h_{верхний} < h_{нижний}$).

Поскольку давление $p$ прямо пропорционально высоте $h$, давление и, соответственно, напор воды на верхних этажах оказывается меньше, чем на нижних.

Ответ: Напор воды на верхних этажах меньше, так как высота столба воды от общего источника водоснабжения до крана на верхнем этаже меньше, чем до крана на нижнем. Согласно формуле гидростатического давления $p = \rho g h$, меньшая высота столба жидкости создает меньшее давление.