Тема. Со­об­ща­ю­щи­е­ся со­су­ды

1. Где можно встретить сообщающиеся сосуды?

Объ­ек­том на­ше­го изу­че­ния может быть чай­ник с на­ше­го ку­хон­но­го стола, лейка, с по­мо­щью ко­то­рой мы по­ли­ва­ем цветы, или более слож­ные устрой­ства, такие, как ар­те­зи­ан­ский ко­ло­дец, во­до­мер­ное стек­ло в па­ро­вом котле и даже во­до­про­вод. Все это устрой­ства, ра­бо­та­ю­щие по прин­ци­пу со­об­ща­ю­щих­ся со­су­дов (Рис. 1).

Рис. 1. При­ме­ры со­об­ща­ю­щих­ся со­су­дов: чай­ник, са­до­вая лейка, во­до­мер­ное стек­ло па­ро­во­го котла

Про­стей­шие со­об­ща­ю­щи­е­ся со­су­ды – это две труб­ки, со­еди­нен­ные между собой ре­зи­но­вым шлан­гом. Если на­лить жид­кость в одну из этих тру­бок, то можно ви­деть, что уро­вень жид­ко­сти в обеих труб­ках (или, как при­ня­то го­во­рить, в обоих ко­ле­нахсо­об­ща­ю­щих­ся со­су­дов) уста­но­вит­ся на одной вы­со­те. С чем это может быть свя­за­но?

2. Закон сообщающихся сосудов

Мы вы­яс­ни­ли, что дав­ле­ние жид­ко­сти на дно и стен­ки со­су­да за­ви­сит от плот­но­сти жид­ко­сти и вы­со­ты ее стол­ба. По­сколь­ку в левом и пра­вом ко­ле­нах на­хо­дит­ся одна и та же жид­кость и вы­со­та стол­ба жид­ко­сти в левом и пра­вом ко­ле­нах также оди­на­ко­ва, то и дав­ле­ние жид­ко­сти в обоих ко­ле­нах оди­на­ко­во. Сле­до­ва­тель­но, жид­кость на­хо­дит­ся в рав­но­ве­сии.

Если из­ме­нять рас­по­ло­же­ние колен в со­об­ща­ю­щих­ся со­су­дах, под­ни­мая или опус­кая одно из них, или даже на­кло­няя, то жид­кость будет пе­ре­те­кать из од­но­го ко­ле­на в дру­гое до тех пор, пока ее уро­вень в обоих ко­ле­нах снова не уста­но­вит­ся на одной и той же вы­со­те (Рис. 2).

Рис. 2. Уров­ни од­но­род­ной жид­ко­сти в со­об­ща­ю­щих­ся со­су­дах уста­нав­ли­ва­ют­ся на одной вы­со­те

Таким об­ра­зом, уров­ни од­но­род­ной жид­ко­сти в со­об­ща­ю­щих­ся со­су­дах уста­нав­ли­ва­ют­ся на одной вы­со­те.

Это утвер­жде­ние на­зы­ва­ют за­ко­ном со­об­ща­ю­щих­ся со­су­дов.

Дан­ный закон вы­пол­ня­ет­ся не толь­ко для двух, но и для лю­бо­го ко­ли­че­ства со­об­ща­ю­щих­ся со­су­дов, неза­ви­си­мо от того, какую форму они имеют и как рас­по­ло­же­ны в про­стран­стве (Рис. 3). Един­ствен­но, что необ­хо­ди­мо – чтобы во всех со­су­дах на­хо­ди­лась одна и та же (од­но­род­ная) жид­кость.

Рис. 3. Уров­ни од­но­род­ной жид­ко­сти уста­нав­ли­ва­ют­ся на одной вы­со­те в со­об­ща­ю­щих­ся со­су­дах любой формы

3. Поведение неоднородной жидкости

Что про­изой­дет, если жид­кость, за­пол­ня­ю­щая ко­ле­на со­об­ща­ю­щих­ся со­су­дов, не будет од­но­род­ной? На­при­мер, пусть в левое ко­ле­но на­ли­то под­сол­неч­ное масло, а в пра­вое – под­кра­шен­ная вода. Эти жид­ко­сти не сме­ши­ва­ют­ся между собой.

Ока­зы­ва­ет­ся, что уро­вень под­сол­неч­но­го масла рас­по­ло­жит­ся на боль­шей вы­со­те, чем уро­вень воды (Рис. 4). Это свя­за­но с тем, что плот­ность под­сол­неч­но­го масла мень­ше, чем плот­ность воды. Вспом­ним фор­му­лу дав­ле­ния жид­ко­сти на дно со­су­да

Из этой фор­му­лы видно, что чем мень­ше плот­ность жид­ко­сти ρ, тем боль­ше долж­на быть вы­со­та ее стол­ба h, чтобы со­здать одно и то же дав­ле­ние.

Рис. 4. Уро­вень жид­ко­сти с мень­шей плот­но­стью уста­нав­ли­ва­ет­ся в со­об­ща­ю­щих­ся со­су­дах на боль­шей вы­со­те

Таким об­ра­зом, в со­об­ща­ю­щих­ся со­су­дах уро­вень жид­ко­сти с мень­шей плот­но­стью уста­нав­ли­ва­ет­ся на боль­шей вы­со­те.

4. Заключение

Итак, од­но­род­ная жид­кость в ко­ле­нах со­об­ща­ю­щих­ся со­су­дов будет уста­нав­ли­вать­ся на одной вы­со­те, какой бы формы и се­че­ния не были ко­ле­на.

В слу­чае неод­но­род­ной жид­ко­сти, имеет зна­че­ние плот­ность жид­ко­сти, на­хо­дя­щей­ся в ко­ле­нах. Чем плот­ность жид­ко­сти боль­ше, тем вы­со­та стол­ба жид­ко­сти мень­ше.

Домашнее задание:

В.В.Белага, И.А.Ломаченков, Ю.А.Панибратцев «Физика», Москва, Просвещение, 2016 32, с.80-81 читать.