§ 34. СПОЛУЧЕНІ ПОСУДИНИ.
Прикладом сполучених посудин с шлюзи.
Шлюзи (з лат. шлеузе - утримую, відокремлюю) - це гідротехнічна споруда для переведення суден на річці або каналі з одного рівня на інший (яскравий приклад 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.
Нехай корабель пливе за течією річки. Коли корабель підходить до шлюзу, ворота А шлюзу закриті; 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; 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.
При великій різниці верхнього й нижнього рівнів річки будують кілька шлюзових камер, які працюють послідовно (якщо пливти на теплоході по Дніпру з Києва до Чорного моря, то там побудовані шлюзи Запорізької ГЕС).
ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО
1. Які посудини називають сполученими?
З'єднані між собою посудини, у яких рідина може вільно перетікати з однієї посудини в іншу, називають сполученими посудинами.
Спостереження. На столі стоїть прозорий чайник з рідиною, 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 рідшій в повному чайнику; якщо чайник нахилити в бік носика, то його отвір опуститься нижче від рівня рідини, і вона витікатиме із чайника в чашку.
2. У чому полягає закон сполучених посудин?
У сполучених посудинах вільні поверхні однорідної рідини встановлюються на одному рівні.
3. Як установлюються поверхні однорідної рідини у сполучених посудинах?
У сполучених посудинах вільні поверхні однорідної рідини встановлюються на одному рівні. Об'єми рідини в ділянці поперечного перерізу внизу з'єднувальної трубки у стані рівноваги у спокої (сили тиску, які діють на них у правій і лівій частинах перерізу, однакові; оскільки площа перерізу у лівого й правого стовпів рідини однакова, то й гідростатичні тиски, які створюють ці стовпи рідини, мають бути однаковими; тому за законом Паскаля, однаковою буде й висота обох стовпів).
Дослід.
а) Візьмемо дві скляні трубки; з'єднаємо їх гумовою трубкою; перекриємо її затискачем і наллємо в одну із трубок води (вода в одній трубці, посудини не є сполученими);
б) заберемо затискач (посудини стали сполученими); рідина в трубках розмістилася на однаковому рівні у двох трубках;
в) піднімемо одну із трубок - рівень рідини у трубках не зміниться.
При зміні однієї трубки сполучених посудин трубкою іншого діаметра та іншої форми рідина в обох трубках на однаковому рівні.
4. Як установлюються поверхні різнорідних рідин у сполучених посудинах?
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.
Якщо в одну із сполучених посудин налити воду густиною ρ1, а в другу - гас густиною ρ2, то вільні поверхні цих рідин установляться на різних рівнях, причому рівень гасу буде вищий, ніж рівень води (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: p1=p2, звідси за допомогою формули гідростатичного тиску одержимо співвідношення: gρ1h1=gρ2h2, після скорочення на g: ρ1h1 =ρ2h2, із цієї рівності випливає пропорція: h1/h2 =ρ1/ρ2
5. Наведіть приклади сполучених посудин.
Лійка, яку використовують для поливання рослин;чайник; водомірне скло парового котла - для визначення рівня води в котлі; водяний рівень - для проведення горизонтальної лінії на горбистій місцевості; шлюзи; артезіанські колодязі або свердловини (свердловину роблять у найнижчому місці водяного шару, і вода піднімається на поверхню, б'ючи фонтаном).
6. Чому водонапірні башти будують завжди на найвищих місцях і піднімають їх до рівня, який лежить вище за всі будівлі, що живляться від неї водою?
Водонапірна мережа є розгалуженою системою сполучених посудин, тоді при найвищому розміщенні за законом сполучених посудин вода з башти буде надходити в будівлі.
На водонапірній башті 1 встановлюють великий бак 2 для води; за допомогою потужних насосів 3 з водойми (річки, озера) або свердловини вода закачують для очищення у відстійник 5, потім подають для фільтрування у резервуар 4, а далі - у магістраль і у водонапірну башту; до магістралі 6 приєднані водопровідні труби (щоб вода в них узимку не замерзала, їх ізолюють і укладають під землю) окремих будинків; 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.
