Трубка, заполненная водой и закрытая с одного конца, обладает определенными свойствами

Представьте себе трубку, которая изготовлена из прозрачного материала. Один из концов этой трубки запаян, а внутри нее заполнена водяным раствором. Теперь давайте разберемся, как это работает и какую роль играют различные физические явления в этом процессе.

Во-первых, давление внутри трубки будет одинаковым на всем ее протяжении. Это объясняется тем, что вода в трубке не может свободно перемещаться, а значит, ее молекулы сталкиваются друг с другом и создают давление. Благодаря этому давлению вода не вытекает из трубки.

Главная особенность этого эксперимента заключается в том, что вода в трубке заполнена не до самого верхнего конца, а только до определенного уровня. Если вода заполняет всю трубку, то ничего особенного не произойдет. Но когда трубка вращается в вертикальном положении, то мы можем наблюдать, что уровень воды в трубке не меняется. Это связано с тем, что при вращении трубки с высокой скоростью вода выталкивается посредством центробежной силы и находится ближе к наружной стенке трубки.

Трубка один конец которой запаян заполнена водой

Рассмотрим ситуацию, когда имеется трубка, один конец которой запаян, а другой конец заполнен водой. Вода заполняет трубку до определенного уровня, который можно наблюдать через прозрачные стенки трубки. Возникает вопрос: какой физический процесс происходит в этом случае?

Для начала, давайте разберемся с основами. Трубка в данном случае выступает в роли сосуда, а запаянный конец — это заполненная водой пустота. Также у нас есть водный столб внутри трубки, который представляет собой вертикальный столб жидкости.

Уровень воды в данном случае является точкой определенной высоты. Эта высота можно измерить относительно некой точки, например, комнатной пола. Следовательно, уровень воды в трубке можно считать точкой на графике, где одна из координат — это высота уровня, а другая — горизонтальное направление вдоль трубки.

Когда трубка запаяна, водяной столб внутри трубки подвержен влиянию давления, которое окружает его со всех сторон. Мы можем измерить это давление с помощью барометра — инструмента для измерения атмосферного давления.

Давление, действующее на воду в трубке, равно атмосферному давлению вне трубки, так как в трубке нет воздуха. Если трубка находится в комнате, то атмосферное давление можно считать постоянным.

Теперь давайте представим, что уровень воды в трубке устанавливается на некоторую высоту. Запомним эту высоту и перейдем к следующему шагу.

Уравнение, описывающее равновесие в системе

Чтобы определить, как меняется уровень воды в трубке при изменении внешних условий, нам нужно записать уравнение, описывающее равновесие в системе.

Давление внутри водяного столба можно представить как сумму давлений от атмосферного давления и давления, создаваемого столбом жидкости. Давление, создаваемое столбом жидкости, зависит от высоты столба и площади его сечения.

Таким образом, уравнение, описывающее равновесие в системе, может быть записано следующим образом:

p_атм + p_столба = p_{жидкости}

Где:

p_атм — атмосферное давление;
p_столба — давление, создаваемое столбом жидкости;
p_{жидкости} — давление жидкости внутри столба.

Учитывая, что давление жидкости равно атмосферному давлению плюс давлению, создаваемому столбом жидкости, можем переписать уравнение в следующем виде:

p_столба = p_атм + p_{жидкости}

Решение уравнения и его интерпретация

Теперь решим уравнение и проинтерпретируем его результаты.

Учитывая, что мы ищем, как изменяется уровень воды в трубке в зависимости от изменений внешних условий, будем считать, что изменения атмосферного давления малы по сравнению с изменением давления, создаваемого столбом жидкости. Таким образом, можем предположить, что атмосферное давление остается постоянным, и его влияние на уровень воды в трубке незначительно.

Если давление, создаваемое столбом жидкости, увеличивается, то уровень воды в трубке также увеличивается. Если давление, создаваемое столбом жидкости, уменьшается, то уровень воды в трубке также уменьшается.

Таким образом, имея заполненную водой трубку с запаянным концом, мы можем использовать изменение уровня воды для измерения давления, которое действует на воду в трубке.

22 Атмосферное давление Третий уровень

Рассмотрим трубку, один конец которой запаян, а другой конец заполнен водой. Трубка находится в тазике, в котором также находится вода. Уровень воды в трубке и в тазике начнет вращаться с угловой скоростью omega. Уровень воды в трубке будет выше уровня воды в тазике. Верно ли это утверждение?

Для ответа на этот вопрос рассмотрим законы атмосферного давления. Атмосферное давление на третьем уровне, где находится запаянный конец трубки, равно давлению на водную поверхность. Давление заполненной водяным паром трубки равно атмосферному давлению.

Возьмем участок жидкости из трубки, заключенный между коленом и запаянным концом. Давление на колене тазика, обусловленное столбом воды в трубке, равно атмосферному давлению. Давление на столбе воды в третьем уровне равно давлению столба жидкости в трубке на уровне конца трубки.

Уравнение показывает, что на разных высотах давления должны быть разными. Значит, использован неверный рисунок:

Трубка должна быть заполнена водой и находиться в тазике с водой;
Уровение жидкости в трубке должно быть выше уровня воды в тазике;
В тазике на стенках должны быть клеточки.

Если все эти условия выполнены, то при вращении тазика с ускорением omega, уровень воды в трубке будет ниже уровня воды в тазике.

Таким образом, утверждение о том, что уровень воды в трубке будет выше уровня воды в тазике, является неверным. Правильный ответ — уровень воды в трубке будет ниже уровня воды в тазике.

Видео:

Трубка Пито и скоростной напор

Трубка Пито и скоростной напор by GetAClass — Физика в опытах и экспериментах 481,469 views 7 years ago 4 minutes, 41 seconds