Соединяющиеся сосуды физика. Сообщающиеся сосуды (Н.А
Сообщающиеся сосуды
сосуды, соединённые между собой в нижней части (рис.). В наполненных одинаковой жидкостью С. с., диаметр которых настолько велик, что позволяет пренебречь капиллярным эффектом, уровни жидкости располагаются на одинаковой высоте независимо от формы сосудов. На этом основано устройство жидкостных Манометр ов, водомерных стекол паровых котлов и т.п. Если С. с. наполнены различными жидкостями, то высоты столбов этих жидкостей (считая от поверхности соприкосновения жидкостей друг с другом) обратно пропорциональны их плотностям, т. е. ρ 1 h
1 =
ρ 2 h
2 ,
где ρ 1 и ρ 2 , h
1 и h
2 -
соответственно плотности и высоты столбов жидкости. Этим соотношением пользуются для определения плотности жидкости. Если же одно из колен С. с. закрыто, то разность уровней жидкости будет зависеть от давления в закрытом колене; на этом основано устройство закрытых манометров.
Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .
Смотреть что такое "Сообщающиеся сосуды" в других словарях:
Сообщающиеся сосуды - Сообщающиеся сосуды, в которые налиты несмешивающиеся жидкости. СООБЩАЮЩИЕСЯ СОСУДЫ, соединены между собой в нижней части. Однородная жидкость устанавливается на одном уровне независимо от формы сосудов (если можно пренебречь капиллярными… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Сосуды, соединённые между собой в нижней, части (рис.). В наполненных одинаковой жидкостью С. с., диаметр к рых настолько велик, что позволяет пренебречь капиллярным эффектом, уровни жидкости располагаются на одинаковой высоте независимо от формы … Физическая энциклопедия
Соединены между собой в нижней части. Однородная жидкость устанавливается на одном уровне независимо от формы сосудов (если можно пренебречь капиллярными явлениями). На свойстве сообщающихся сосудов основано устройство жидкостных манометров,… … Большой Энциклопедический словарь
Сосуды, соединённые между собой в ниж. части. Однородная жидкость устанавливается на одном уровне независимо от формы сосудов (если капиллярные явления не существенны). На свойстве С. с. основано устройство жидкостных манометров, водомерных… … Естествознание. Энциклопедический словарь
СООБЩАЮЩИЕСЯ СОСУДЫ - сосуды, соединённые между собой в нижней части. Однородная жидкость, находящаяся в С. с., устанавливается на одинаковом уровне независимо от формы сосудов и соединяющих их колен. Если С. с. наполнены жидкостями различной плотности р1 и р2, то… … Большая политехническая энциклопедия
Сосуды, соединённые между собой в нижней части. Однородная жидкость устанавливается на одном уровне независимо от формы сосудов (если капиллярные явления не существенны). На свойстве сообщающихся сосудов основано устройство жидкостных манометров … Энциклопедический словарь
сообщающиеся сосуды - susisiekiantieji indai statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. communicating vessels; connected vessels vok. kommunizierende Gefäße, n rus. сообщающиеся сосуды, m pranc. vases communicants, m … Fizikos terminų žodynas Энциклопедия культурологии
Муниципальное бюджетное общеобразовательное
Учреждение муниципального образования Плавский район
Применение
Сообщающихся сосудов
Подготовила: Лаврова Татьяна
Ученица 7 класса, 15.07.2004г.р
Проверила: учитель физики
Шевцова Л.Н.
2018 г.
Цели и задачи:
Изучить свойства сообщающихся сосудов.
Показать широкое применение сообщающихся сосудов в быте, технике и природе.
Краткая теория
Сообщающиеся сосуды - это сосуды, соединенные ниже поверхности жидкости, так что жидкость может перетекать из одного сосуда в другой. В таких сосудах однородная жидкость устанавливается на одном уровне, а разные по плотности жидкости имеют разную высоту столба. Кроме того, не важно, какую форму будут иметь такие сосуды - уровень однородной жидкости остаётся одинаковым!!
Сообщающиеся сосуды нужны для того, чтобы перекачивать воду в любом направлении без насоса. Если бы не сообщающиеся сосуды, то для каждого фонтана требовались бы насосы. В Петергофе, к примеру, все фонтаны естественные и без насосов, это заслуга сообщающихся сосудов.
Применение сообщающихся сосудов .
В ПРИРОДЕ
- Все моря и океаны мира являются сообщающимися сосудами. Ведь они соединены между собой проливами.
- Акведук – это водяной желоб, поддерживаемый мостами. Вода бежит по акведуку над впадинами, холмами под действием собственного веса – от горных потоков к городам, расположенных в долине.
- Артезианская скважина.
Такая скважина работает по принципу сообщающихся сосудов.Под слоем почвы в низких местах скапливается вода.
После бурения скважины вода поднимается вверх до уровня верхних горизонтов грунтовых вод
- Кровеносно-сосудистая система человека или животного состоит из сообщающихся сосудов.
- Водонасыщенные пласты горных пород с системой колодцев (гейзеры)
К примеру, горячий фонтан в местечке Гейзер в Исландии. От названия этого местечка возник термин “гейзер”.
В МЕДИЦИНЕ
- Капельница, разновидность клизмы.
В БЫТУ
- Использование всех видо сифонов в бытовых устройствах, где используется вода.
2. Современный водопровод
- Шлюзовые камеры, разного рода доки на судоремонтных предприятиях, гидравлические домкраты, чернильцы – непроливашки, некоторые картриджи струйных принтеров,
6.Водонапорная башня
Кроме уже упомянутых леек и чайников, вода в наши дома поступает именно благодаря этому закону. Как мы добываем чистую воду из-под земли? Выкачиваем насосом. Но нельзя же подключить по насосу к каждому крану и к каждой квартире. Поэтому придумали следующую схему – воду накачивают в водонапорную башню, представляющую из себя, по сути, огромный бак на большой высоте. А оттуда по закону сообщающихся сосудов вода под давлением течет в наши дома и льется их кранов, стоит только их открыть.
6. Использование водяного уровня при строительстве
Научное открытие свойства сообщающихся сосудов датируется 1586 г. (голландский ученый Стевин). Но оно было известно еще жрецам древней Греции. Археологи обнаружили в Грузии водопровод (XIII в), работающий по принципу сообщающихся сосудов.
Сообщающиеся сосуды мы встречаем ежедневно. Приведите их примеры?
Сосуды, имеющие сообщение, заполненное жидкостью, называются сообщающимися .
Если в сообщающиеся сосуды налить однородную жидкость, то она в них установиться на одном уровне.
Демонстрируются сосуды. Опыт.
Доказательство:
P 1 = P 2
так как жидкость покоиться
gρ в h 1 = gρ в h 2
так как ρ в =ρ в
h 1 = h 2
Закон сообщающихся сосудов .
В сообщающихся сосудах поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне.
Известно, что в правом колене изогнутой трубки жидкость находится возле точки С. Сделайте в тетради такой же рисунок и покажите на нем расположение свободных поверхностей жидкости в обоих коленах трубки.
Если в сообщающиеся сосуды налиты разнородные жидкости, то столб жидкости меньшей плотности будет выше.
Демонстрация опыта.
Доказательство:
P 1 = P 2
так как жидкость покоиться
gρ в h 1 = gρ к h 2
так как ρ
в
>ρ
к
h 1 < h 2
Закон сообщающихся сосудов.
При равенстве давлений высота столба жидкости с большей плотностью будет меньше высоты столба жидкости с меньшей плотностью.
Задачи:
В сообщающиеся сосуды налили ртуть и воду. Как располо-
жатся жидкости? (Вода будет выше ртути (по давление на дно
в обоих случаях будет одинаковое.))
Рассмотрите рис. а—в и ответьте на вопрос: что произойдет
с жидкостью, если открыть кран? (На рис. а - из правого колена
жидкость будет перетекать в левое, пока уровень жидкости в
сосудах не уравняется; на рис. б - из левого колена жидкость
будет перетекать в правое, пока уровень жидкости в обоих ко-
ленах не станет равным; на рис. в — жидкость перетекать не
будет.)
Кофейники равны по объему. В какой кофейник можно налить больше жидкости?
Загадки:
1. Из горячего колодца
Что общего у этих предметов? Учащиеся. Вода, налитая, например, в чайник, стоит всегда в резервуаре чайника и в боковой трубке на одном уровне. Боковая трубка и резервуар соединены между собой в нижней части.
Правильно. Сообщающимися сосудами называют сосуды, соединенные между собой в нижней части.
(Учащиеся записывают определение в тетради).
С сообщающимися сосудами можно проделать простой опыт. Возьмем две стеклянные трубки, соединенные резиновой трубкой. Сначала резиновую трубку в середине зажимают и в одну из трубок нальем воды. Что произойдет, если открыть зажим?
Как поведет себя жидкость, если одну из трубок поднять?
Жидкость установиться в обоих сосудах на одном уровне.
Как поведет себя жидкость, если одну из трубок опустить?
Жидкость установиться в обоих сосудах на одном уровне.
Как поведет себя жидкость, если одну из трубок наклонить?
Жидкость установиться в обоих сосудах на одном уровне.
Однородная жидкость в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне.
(Учащиеся записывают закон в тетради).
Изменится ли уровень жидкости, если правый сосуд будет шире левого? уже левого? если сосуды будут иметь разную форму?
Нет, жидкость установиться в обоих сосудах на одном уровне.
При изменении формы сосудов может изменяться лишь высота уровня воды в сосудах, отмеренная от уровня стола (из-за того, что изменяется объем сосудов). Однако уровни воды в сообщающихся сосудах не зависят от формы сосудов и останутся равны. (Демонстрация опыта с сообщающимися сосудами различной формы).
Что произойдет, если в сообщающиеся сосуды налить две несмешивающиеся жидкости разной плотности?
Высота столбов жидкостей в сосудах будет разной.
При равенстве давлений высота столба жидкости большей плотности меньше, чем высота столба жидкости меньшей плотности.
Попробуйте доказать это, используя закон Паскаля и определение гидростатического давления.… Проверим ваш результат.
По закону Паскаля
p
1
=
p
2
, по определению гидростатического давления
p
1
=
g
1
h
1
,
p
2
=
g
2
h
2
, отсюда
g
1
h
1
=
g
2
h
2
, т.е
h
1
:
h
2
=
2
:
1
.
Высоты столбов разнородных жидкостей сообщающихся сосуда обратно пропорциональны их плотностям.
(Учащиеся записывают в тетради).
3. Применение сообщающихся сосудов в быту, природе, технике
Закон сообщающихся сосудов люди используют в разных технических устройствах: водопроводах с водонапорной башней; водомерных стеклах; гидравлическом прессе; фонтанах; шлюзах; сифонах под раковиной, «водяных затворах» в системе канализации.
Закон сообщающихся сосудов люди используют в водопроводах с водонапорной башней.В водомерном стекле парового котла, паровой котел (1) и водомерное стекло (3) являются сообщающимися сосудами. Когда краны (2) открыты, жидкость в паровом котле и водомерном стекле устанавливается на одном уровне, так как давления в них равны.
В устройстве гидравлических машин используется свойство сообщающихся сосудов. (Демонстрируется гидравлический пресс). Так, большой и малый цилиндры гидравлического пресса являются сообщающимися сосудами. Высоты столбов жидкости одинаковы, пока на поршни не действуют силы.
Каскады падающей воды украшают многие города, а действуют фонтаны благодаря закону сообщающихся сосудов. Виды знаменитых фонтанов Петродворца. Фонтаны в парке «Победы», Тбилиси. Фонтаны на площади «Дружбы», Ташкент. Фонтаны Еревана.
Действие артезианских колодцев и гейзеров основано на законе сообщающихся сосудов.
Горячий фонтан в местечке Гейзер в Исландии. От названия этого местечка возник термин «гейзер».
Римлянам был неизвестен закон сообщающихся сосудов. Для снабжения населения водой они возводили многокилометровые акведуки, водопроводы, доставлявшие воду из горных источников. Инженеры древнего Рима опасались, что в водоемах, соединенных очень длинной трубой, вода не установится на одинаковом уровне. Они полагали, что если трубы проложены в земле, следуя уклонам почвы, то в некоторых участках вода ведь должна течь вверх, - и вот римляне боялись, что вода вверх не потечет. Поэтому они обычно придавали водопроводным трубам равномерный уклон вниз на всем их пути. Одна из римских труб, Аква Марциа, имеет в длину 100 км, между тем как прямое расстояние между ее концами вдвое меньше. Полсотни километров каменной кладки пришлось проложить из-за незнания элементарного закона физики!
Творческое задание:
1 группе - изготовить водомерное стекло из предложенных материалов.
2 группе - изготовить действующую модель фонтана.
Задачи:
1 группе - В Гавриловской водопроводной башне бак находится на высоте 15 метров. Высота колонки из которой берут воду 1 м. Под каким давлением вода выходит из колонки? Где здесь сообщающие сосуды?
2 группе - В одной из подстанций московского водопровода водонапорный резервуар расположен на высоте 75 м над уровнем Москвы - реки. Определите давление в водонапорном кране дома, если он находится на высоте 12 м над уровнем реки. Где здесь сообщающиеся сосуды?
Всем известно, что нужно сделать с чайником, чтобы из его носика полилась вода, – просто наклонить. А вот вопрос, можно ли перевести корабль через гору в море или другой водоем, вызовет у нас сомнение. Чтобы ответить на него, сначала следует узнать, что из себя представляют сообщающиеся сосуды.
Закон сообщающихся сосудов
Сообщающиеся сосуды – это взаимодействующие друг с другом сосуды, которые имеют общее дно.
Рис. 1. Сообщающиеся сосуды
Закон сообщающихся сосудов гласит, что в таких сосудах, какую бы форму они не имели, поверхности однородных жидкостей в состоянии покоя находятся на одном уровне, то есть давление, оказываемое на стенки на любом горизонтальном уровне является одинаковым.
Если же в сосуде жидкости разные, то уровень выше в сосуде, в котором жидкость обладает меньшей плотностью. То есть, если в один сосуд налить жидкость, обладающую одной плотностью, а во второй – другой, то при равновесии их уровни не будут одинаковыми. Следовательно отсюда можно вывести формулу:
ρ 1 /ρ 2 =h 2 /h 1
- ρ – плотность жидкости;
- h – высота столба.
Также для сообщающихся сосудов важной является формула:
p=gρ h
- g – ускорение свободного падения;
- ρ – плотность жидкости (кг/куб.м);
- h – глубина (высота столба жидкости).
Этой формулой определяется давление жидкости на дно сосуда.
Древним римлянам было неизвестно определение сообщающихся сосудов, поэтому их акведуки – водопроводы занимали огромную протяженность над поверхностью земли и строились с равномерным уклоном вниз.
Свойства сообщающихся сосудов
В сообщающихся сосудах уровень жидкости одинаковый. Это происходит потому, что жидкость производит одинаковое давление на стенки сосуда. Достичь разного уровня однородной жидкости в сообщающихся сосудах можно с помощью перегородки между ними.
Перегородка перекроет сообщение между сосудами, и тогда можно в один из них долить жидкость, чтобы уровень изменился. В данной ситуации возникает напор – давление, производимое весом столба жидкости высотой, равной разности уровней. И если убрать перегородку, то именно это давление станет причиной тому, что жидкость будет перетекать в тот сосуд, где ее уровень ниже, до тех пор, пока уровни не станут одинаковыми.
В жизни очень часто можно встретить естественный напор. И таких примеров довольно много. Например, им обладает вода в горных реках, когда падает с высоты. Плотина также является примером естественного напора. Чем она выше, тем больше будет напор воды, поднятой плотиной.
Применение закона о сообщающихся сосудах
Принцип действия сообщающихся сосудов используется при сооружении фонтанов, водопроводов, шлюзов. Чайник и его носик тоже являются сообщающимися сосудами, так как вода, налитая в чайник, заполняет носик и всю остальную часть до одинаковой высоты. Применение свойств таких сосудов, могут даже помочь провести корабль через гору. И для этого как раз понадобиться шлюз. Шлюз – это лифт для судов. Если водное пространство перегорожено плотиной, то уровень воды в водохранилище выше, чем в реке ниже по течению. И чтобы добраться до этого уровня, судно должно зайти в шлюз, который отгорожен двумя водными непроницаемыми воротами. Когда шлюз полностью заполняется водой, судно выходит из шлюза и продолжает свой путь (уровень воды в шлюзе и водохранилище выравнивается по закону сообщающихся сосудов).
Рис. 2. Шлюз
Что мы узнали?
Из этой темы по физики за 7 класс можно ясно понять, какие сосуды называются сообщающимися. Ими могут называться лишь те сосуды, обладающие общим дном, где жидкость может свободно перетекать из одного сосуда в другой. Также сообщающиеся сосуды играют огромную роль в нашей повседневной жизни, облегчая ее и помогая выходить из трудных ситуаций. Принципы сообщающихся сосудов лежат в основе различных чайников, кофейников, водомерных стекол на паровых котлах.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.2 . Всего получено оценок: 387.
Определение
Сосуды, которые соединенные между собой и в которых жидкость может свободно перетекать из одного сосуда в другой, называют сообщающимися сосудами (рис.1).
Форма сообщающихся сосудов может быть очень разной. Если давления над свободными уровнями жидкости одинаковые, то в сообщающихся сосудах однородная по плотности жидкость устанавливается на одном уровне во всех этих сосудах, и это не зависит от формы сосуда.
Объяснение этому факту простое. В жидкости в состоянии равновесия давление на одном уровне равно:
где $\rho $ - плотность жидкости; $g$ - ускорение свободного падения; $h$ - высота столба жидкости. Так как давления на одном уровне в жидкости одинаковое, то равными будут и высоты столбов жидкости.
Получается, что в равновесном состоянии свободная поверхность жидкости в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне, так как давление жидкости на любом ее горизонтальном уровне одинаково.
Сообщающиеся сосуды, в которых налиты жидкости разной плотности
Если в сообщающихся сосудах имеются жидкости с разными плотностями, то их уровни не будут находиться на одном уровне. Высоты столбов таких жидкостей разные.
Следствием закона сообщающихся сосудов является положение: в сообщающихся сосудах высоты столбиков жидкости над уровнем их раздела обратно пропорциональны плотностям этих жидкостей:
\[\frac{h_1}{h_2}=\frac{{\rho }_2}{{\rho }_1}\left(2\right),\]
где ${\rho }_1$ и ${\rho }_2$ - плотности жидкостей; $h_1$, $h_2$ - соответствующие высоты столбов этих жидкостей. При одинаковом давлении над поверхностями жидкостей, высота столба жидкости с меньшей плотностью будет больше, чем высота столба более плотной жидкости.
Применение
На практике сообщающиеся сосуды применяются часто. Давно применяют такое устройство, как гидравлический пресс. Он состоит из двух цилиндров разного диаметра с поршнями (рис.2). Пространство в цилиндрах под поршнями обычно заполняют минеральным маслом.
Пусть площадь одного поршня, с приложенной силой ${\overline{F}}_1,$ равна $S_1$, площадь второго $S_2$, к нему приложена сила ${\overline{F}}_2$. Давление, создаваемое первым поршнем, составляет:
Второй поршень давит на жидкость:
При равновесии системы $p_1$ и $p_2$ равны, запишем:
\[\frac{F_1}{S_1}=\frac{F_2}{S_2}\left(5\right).\]
Выразим величину силы, которую прикладывают к первому поршню:
Из выражения (6), видим, что величина первой силы больше модуля силы $F_2$ в $\frac{S_1}{S_2}$ раз. Следовательно, с помощью гидравлического пресса, прикладывая небольшую силу к поршню малого сечения, можно получить большую по величине силу, которая будет действовать на большой поршень.
По принципу сообщающихся сосудов, в особенности раньше, действовал водопровод. На относительно большой высоте устанавливается бак с водой, от бака идут водопроводные трубы, закрываемые кранами. Давление у кранов соответствует давлению столба воды, который равен разности высот уровень крана - уровень воды в баке.
Принципом сообщающихся сосудов пользовались, когда проектировали фонтаны (рис.4), работающие без насосов, шлюзы на реках и каналах.
Струя фонтана появляется под давлением, когда сообщающиеся сосуды находятся на разном уровне.
Чайник и лейка является примерами сообщающихся сосудов, артезианский колодец и водомерное стекло в паровом котле. Добыча нефти может проводиться при использовании закона сообщающихся сосудов.
Примеры задач на сообщающиеся сосуды
Пример 1
Задание: Барометрическая трубка, имеющая площадь сечения $S$ частично погружена в чашу с ртутью. Не вынимая нижнего конца трубки из ртути, ее наклонили на угол $\alpha $ от вертикали. Диаметр чаши равен D. Давление атмосферы нормальное. На какую высоту изменится уровень ртути в чаше при наклоне трубки?
Решение: Так как давление по условию задачи считается нормальным, то можно сказать, что мы знаем высоту столба ртути в вертикальной трубке, так нормальное давление равно 760 мм рт. ст.
Обозначим высоту столба ртути в вертикальной трубке буквой $h$.
Мы знаем, что площадь сечения трубки равна $S$, значит объем ртути в трубке при ее вертикальном положении равен:
Когда мы наклоняем трубку, внешнее давление атмосферы не изменяется, значит, высота столбика ртути в трубке останется неизменной, но объем ртути в трубке изменится. Длина столбика ртути ($l$) равна:
Объем ртути в наклоненной трубке равен:
Найдем изменение объема ртути в трубке:
\[\Delta V=V"-V=S\frac{h}{{cos \alpha \ }}-Sh\ \left(1.4\right).\]
На объем $\Delta V$ уменьшается объем ртути в чаше. Диаметр чаши равен D, следовательно, площадь чаши равна:
Высота на которую уменьшится уровень ртути в чаше найдем как:
\[\Delta h=\frac{\Delta V}{S_s}=4\frac{\left(S\frac{h}{{cos \alpha \ }}-Sh\right)}{\pi D^2}=4Sh\left(\frac{1-{cos \alpha \ }}{{cos \alpha \cdot \ }\pi D^2}\right).\]
Ответ: $\Delta h=4Sh\left(\frac{1-{cos \alpha \ }}{{cos \alpha \cdot \ }\pi D^2}\right)$
Пример 2
Задание: Кой площади необходимо сделать малый поршень в гидравлическом прессе, для того, чтобы выигрыш в силе получился равным $n$? Площадь большого поршня равна S.
Решение: Гидравлический пресс - это два цилиндрических сообщающихся сосуда. Если площадь большого поршня, с приложенной силой ${\overline{F}}_1,$ равна $S$, площадь малого поршня $S"$ к нему приложена сила ${\overline{F}}_2$, то из закона Паскаля имеем:
\[\frac{F_1}{S}=\frac{F_2}{S"}\left(2.1\right).\]
Выразим $S"$ из (2.1), имеем:
так как по условию выигрыш в силе ($\frac{F_1}{F_2}$) должен быть равен $n$.
