Номер 1, страница 38 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 2. Механические свойства жидкостей, газов и твёрдых тел. Параграф 10. Сообщающиеся сосуды. Задание 9 - номер 1, страница 38.

Условие.

1. Объясните принцип работы жидкостного манометра.

Решение.

1. Жидкостный (U-образный) манометр — это прибор, предназначенный для измерения давления газов или жидкостей. Его работа основана на законе сообщающихся сосудов и уравновешивании измеряемого давления давлением столба жидкости в манометре.

Прибор представляет собой стеклянную трубку, изогнутую в виде буквы U и частично заполненную жидкостью (обычно ртутью, водой или спиртом). Один из концов трубки соединяется с сосудом, давление в котором ($\text{P}$) необходимо измерить. Другой конец трубки может быть открыт в атмосферу (для измерения избыточного давления) или запаян (для измерения абсолютного давления).

Рассмотрим принцип работы открытого манометра:

Когда оба колена манометра открыты в атмосферу, уровни жидкости в них одинаковы, так как на них действует одинаковое атмосферное давление ($P_{атм}$).

Когда одно колено подключается к сосуду с газом, давление которого отличается от атмосферного, равновесие нарушается. Под действием разности давлений жидкость перемещается до тех пор, пока давление столба жидкости не уравновесит эту разность.

Возможны два случая:

1. Давление в сосуде больше атмосферного ($P > P_{атм}$). Газ вытесняет жидкость в колене, соединенном с сосудом, вниз, а в открытом колене уровень жидкости поднимается. Разность высот уровней жидкости в коленах ($\text{h}$) создает дополнительное гидростатическое давление, равное $P_{гидр} = \rho g h$, где $\rho$ – плотность жидкости в манометре, $\text{g}$ – ускорение свободного падения. Условие равновесия на уровне нижней поверхности жидкости записывается как: $P = P_{атм} + \rho g h$.

2. Давление в сосуде меньше атмосферного ($P < P_{атм}$). Атмосферное давление вытесняет жидкость в открытом колене вниз, а в колене, соединенном с сосудом, уровень жидкости поднимается. Условие равновесия в этом случае: $P + \rho g h = P_{атм}$, или $P = P_{атм} - \rho g h$.

Таким образом, измерив разность высот $\text{h}$, можно определить давление в сосуде, если известно атмосферное давление и плотность жидкости. Чаще всего манометры используют для определения избыточного давления, то есть разности между измеряемым и атмосферным давлением: $P_{изб} = P - P_{атм} = \pm\rho g h$.

Ответ: Принцип работы жидкостного манометра основан на уравновешивании измеряемого давления давлением столба жидкости. Разность давлений в коленах U-образной трубки, одно из которых соединено с источником измеряемого давления, а другое — с средой с известным давлением (например, атмосферой), приводит к возникновению разности уровней жидкости $\text{h}$. Эта разность уровней создает гидростатическое давление $\rho g h$, которое компенсирует разность измеряемого и опорного давлений. Измерив $\text{h}$, можно рассчитать искомое давление.