Номер 3, страница 116 - гдз по физике 7 класс учебник Исаченкова, Громыко

3. Где находят практическое применение сообщающиеся сосуды?

Решение

Сообщающиеся сосуды — это два или более сосуда, соединенных между собой ниже уровня жидкости, так что жидкость может свободно перетекать из одного в другой. Основной закон сообщающихся сосудов гласит: в открытых сообщающихся сосудах поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне. Это происходит потому, что давление столба жидкости на любом горизонтальном уровне должно быть одинаковым, а давление $p$ зависит от высоты столба жидкости $h$ и ее плотности $\rho$ по формуле $p = \rho g h$. При одинаковом давлении и плотности высоты также должны быть равны.

Этот простой принцип находит широкое применение в быту, технике и даже в природе. Вот несколько примеров:

• Бытовые приборы: чайник и лейка. Корпус чайника (или лейки) и его носик являются сообщающимися сосудами. Поэтому вода в носике никогда не поднимется выше уровня воды в самом чайнике. Это позволяет наливать в чайник много воды и наклонять его для наливания, не опасаясь, что она выльется через верх.

• Система водопровода и водонапорная башня. Городская система водоснабжения представляет собой гигантскую систему сообщающихся сосудов. Водонапорная башня создает высокий уровень воды, который обеспечивает необходимое давление в трубах. Благодаря этому вода может подниматься до верхних этажей зданий, уровень которых находится ниже уровня воды в башне.

• Шлюзы на каналах и реках. Шлюз — это камера между двумя участками водоема с разным уровнем воды. Камера шлюза поочередно соединяется то с одним, то с другим участком. Когда судно заходит в шлюз, например, с нижнего уровня, ворота за ним закрываются. Затем открываются клапаны в воротах, ведущих к верхнему уровню. Камера шлюза и верхний участок канала становятся сообщающимися сосудами, и вода из верхнего участка перетекает в камеру, пока уровни не сравняются. После этого судно может выйти на более высокий уровень.

• Водомерные стекла. Для измерения уровня жидкости в закрытых резервуарах (например, в паровых котлах) используется водомерная трубка (стекло). Она представляет собой стеклянную трубку, присоединенную к резервуару сверху и снизу. Трубка и резервуар являются сообщающимися сосудами, поэтому уровень жидкости в трубке всегда совпадает с уровнем в резервуаре, что позволяет визуально контролировать его.

• Гидравлический пресс и тормозная система автомобиля. Эти устройства используют закон Паскаля, но их конструкция основана на принципе сообщающихся сосудов. Система состоит из двух соединенных цилиндров разного диаметра, заполненных жидкостью (маслом). Давление, создаваемое малым поршнем, передается без изменений по всему объему жидкости и действует на большой поршень, создавая во много раз большую силу.

• Сифон (гидрозатвор) под раковиной. Изогнутая U-образная труба под раковиной или ванной — это сифон. В его изгибе всегда остается вода, которая образует водяную пробку (гидрозатвор). Эта пробка разделяет воздух в помещении и газы из канализационной системы, не давая неприятным запахам проникать в дом. Два столба воды в изгибе сифона ведут себя как жидкость в сообщающихся сосудах.

• Артезианские скважины. Это природный пример сообщающихся сосудов. Водоносный слой, зажатый между двумя водоупорными слоями, может находиться под давлением, если область его питания (где вода проникает в землю) расположена на большей высоте. Когда скважина пробуривается до такого слоя, вода под давлением поднимается и может даже фонтанировать, стремясь достичь уровня области питания.

Ответ:

Сообщающиеся сосуды находят широкое практическое применение в различных областях: в быту (чайники, лейки, сифоны под раковиной), в системах коммунального хозяйства (городской водопровод с водонапорной башней), в транспорте и промышленности (шлюзы на каналах, гидравлические тормоза и прессы, водомерные стекла в котлах), а также встречаются в природе (артезианские скважины).