СПОЛУЧЕНІ ПОСУДИНИ
Розділ 3 ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. СИЛА
&34. СПОЛУЧЕНІ ПОСУДИНИ
Спостереження. На столі стоїть наповнений прозорий чайник (мал. 169). Що треба зробити, щоб налити чай у чашку?
Можна побачити, що чайник і носик – посудини, сполучені між собою отвором у нижній частині, тому рідина заповнює їх і перебуває на одному рівні, а верхній отвір носика розташований вище від рівня рідини в повному чайнику. Якщо чайник нахилити в бік носика, то його отвір опуститься нижче від рівня рідини, і вона витікатиме із чайника в чашку.
Дослід. Візьмемо дві скляні
Мал. 169
Мал. 170
З’єднані між собою посудини, у яких рідина може вільно перетікати з однієї посудини в іншу, називають сполученими посудинами.
Замінюватимемо одну із трубок сполучених посудин трубками іншого діаметра та іншої форми (мал. 171). У результаті досліду
Мал. 171
У сполучених посудинах вільні поверхні однорідної рідини встановлюються на одному рівні.
Для пояснення цього закону розглянемо малі об’єми рідини в ділянці поперечного перерізу внизу з’єднувальної трубки. У стані рівноваги ці об’єми перебувають у спокої. Це означає, що сили тиску, які діють на них у правій і лівій частинах перерізу, однакові. Оскільки площа перерізу в лівого й правого стовпів рідини однакова, то й гідростатичні тиски, які створюють ці стовпи рідин, мають бути однаковими. Разом з ними, за законом Паскаля, однаковою буде й висота обох стовпів, тобто h1 = h2.
Якщо в одну із сполучених посудин налити, наприклад, воду густиною р1, а в другу – гас густиною р2, то вільні поверхні цих рідин установляться на різних рівнях, причому рівень гасу буде вищий, ніж рівень води (мал. 172). Оскільки рідини в рівновазі перебувають у спокої, то згідно із законом Паскаля можна стверджувати, що тиск, який створюється лівим і правим стовпами рідини, наприклад на рівні розділу рідин АВ, однаковий, тобто:
Р1 = р2.
Звідси за допомогою формули гідростатичного тиску одержимо співвідношення:
Gp1h1 = gр2h2, або після скорочення на g:
P1h1 = p2h2.
Із цієї рівності випливає пропорція:
= 
.
Мал. 172
Бачимо, що висоти різнорідних рідин, відлічувані від рівня поверхні їх стикання, у сполучених посудинах обернено пропорційні їх густинам.
Для встановлення рівноваги висота стовпа легшої рідини має бути більшою.
Прикладами сполучених посудин є: лійка, яку використовують для поливання рослин; водомірне скло парового котла – для визначення рівня води в котлі; водяний рівень – для проведення горизонтальної лінії на горбистій місцевості.
За законами сполучених посудин працюють артезіанські колодязі або свердловини. Свердловину роблять у найнижчому місці водяного шару, і вода піднімається на поверхню, б’ючи фонтаном.
Водонапірна мережа є розгалуженою системою сполучених посудин. Щоб вода витікала в найвищому місці водонапірної мережі, треба бак водонапірної башти розміщувати не нижче від цього місця.
Розглянемо, як працює така система водопроводу (мал. 173).
На водонапірній башті 1 встановлюють великий бак 2 для води. За допомогою потужних насосів 3 з водойми (річки, озера) або свердловини воду закачують для очищення у відстійник 5, потім подають для фільтрування у резервуар 4, а далі – у магістраль і у водонапірну башту. До магістралі 6 приєднано водопровідні труби окремих будинків. Щоб вода в них узимку не замерзала, їх ізолюють і укладають під землю. У кожному будинку в квартирах на трубах установлюють водяні крани. Коли відкривається кран, вода починає виливатися, тому що рівень рідини в башті вищий, ніж у квартирі.
Мал. 173
Прикладом сполучених посудин є шлюзи.
Шлюзи (з лат. шлеузе – утримую, відокремлюю) – це гідротехнічна споруда для переведення суден на річці або каналі з одного рівня на інший.
Шлюзи є одним з яскравих прикладів застосування сполучених посудин у техніці. Будь-який шлюз складається із шлюзової камери, яка має верхні й нижні ворота. Камера сполучена з річкою або каналом широкими трубами, які закривають висувними щитами. На малюнках 174, 175 зображено схему роботи шлюзу, коли корабель пливе за течією річки.
Коли корабель підпливає до шлюзу, ворота А шлюзу закриті (мал. 174). Відкривають щит труби, яка сполучає верхню частину річки з камерою. Вода з річки поступово перетікає в камеру а. Коли рівень води в камері а зрівняється з рівнем її у верхній частині річки, верхні ворота А відкривають, і корабель входить у камеру а. Після цього верхні ворота закривають (мал. 175) і відкривають щит труби, яка сполучає камеру а з нижньою частиною річки б. Камера шлюзу а поступово звільняється від води до рівня її в нижній частині річки б. Потім відкривають нижні ворота В, і корабель виходить у річку.
Мал. 174
Мал. 175
Мал. 176
При великій різниці верхнього й нижнього рівнів річки будують кілька шлюзових камер, які працюють послідовно.
Якщо будете пливти на теплоході по Дніпру з Києва до Чорного моря, то обов’язково побачите, наприклад, шлюзи Запорізької ГЕС (мал. 176).
ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО
1. Які посудини називають сполученими?
2. У чому полягає закон сполучених посудин?
3. Як установлюються поверхні однорідної рідини у сполучених посудинах?
4. Як установлюються поверхні різнорідних рідин у сполучених посудинах?
5. Наведіть приклади сполучених посудин.
6. Чому водонапірні башти будують завжди на найвищих місцях і піднімають їх вище за всі будівлі, що живляться від башти водою?
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...