Эксперимент в классе, страница 139 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Эксперимент в классе

Соедините левое колено сообщающегося сосуда (рис. 124) с ручным поршневым насосом. Увеличьте давление воздуха в этом колене. Объясните, почему уровень жидкости в колене, соединенном с насосом понижается.

Рис. 124. Уровни свободных поверхностей жидкости в сообщающихся сосудах не зависят от их формы

В исходном состоянии, когда все колена сообщающегося сосуда открыты, на свободную поверхность однородной жидкости в каждом из них действует одинаковое атмосферное давление. В соответствии с законом сообщающихся сосудов, это приводит к тому, что жидкость устанавливается на одном и том же уровне во всех частях сосуда, независимо от их формы.

При подключении насоса к левому колену и увеличении давления воздуха в нем, общее давление, действующее на поверхность жидкости в этом колене, становится выше, чем атмосферное давление, которое по-прежнему действует на поверхности жидкости в других коленах.

Из-за этой разницы давлений возникает дополнительная сила, направленная вниз, которая вытесняет жидкость из левого колена. Жидкость перетекает в другие колена сосуда, где давление на поверхность меньше. В результате уровень жидкости в левом колене понижается, а в остальных, соответственно, повышается.

Перераспределение жидкости прекратится, когда система придет в новое состояние равновесия. В этом состоянии избыточное давление воздуха $ \Delta P $, созданное насосом в левом колене (разница между давлением в колене и атмосферным давлением), будет полностью скомпенсировано гидростатическим давлением столба жидкости высотой $ \Delta h $, где $ \Delta h $ — разность уровней жидкости между левым и другими коленами. Это равновесие описывается формулой: $ \Delta P = \rho g \Delta h $, где $ \rho $ — плотность жидкости, а $\ ext{g}$ — ускорение свободного падения. Так как давление было увеличено ($ \Delta P > 0 $), то и $ \Delta h $ должно быть больше нуля, что подтверждает, что уровень жидкости в левом колене стал ниже, чем в остальных.

Ответ: Уровень жидкости в колене, соединенном с насосом, понижается потому, что увеличенное давление воздуха над ее поверхностью создает дополнительную силу, которая выталкивает жидкость из этого колена в другие части сообщающегося сосуда, где давление на свободную поверхность жидкости меньше (равно атмосферному).