Для решения этой задачи нужно понять, что давление в сообщающихся сосудах в равновесии одинаково на уровне линии раздела жидкостей в колене 1 и 2.
Дано:
- Воды в колене ( h_1 = 12 ) см.
- Плотность ртути ( \rho_1 = 13600 ) кг/м³.
- Плотность керосина ( \rho_2 = 800 ) кг/м³.
- Плотность воды ( \rho_3 = 1000 ) кг/м³.
Нужно найти:
Высоту столба керосина ( h_2 ).
Решение:
На высоте раздела жидкостей в колене 1 и 2 давления равны:
[ P_1 + P_{\text{вода}} = P_2 + P_{\text{керосин}} ]
Давление в колене с водой:
[ P_{\text{вода}} = \rho_{\text{вода}} \cdot g \cdot h_1 ]
где
- ( \rho_{\text{вода}} = 1000 ) кг/м³,
- ( h_1 = 0.12 ) м (переведено в метры),
- ( g \approx 9.81 ) м/с² (ускорение свободного падения).
[ P_{\text{вода}} = 1000 \cdot 9.81 \cdot 0.12 = 1177.2 , \text{Па} ]
Давление в колене с керосином:
Керосин в колене 2 уравновешивает давление столба ртути в колене 1:
[ P_{\text{керосин}} = \rho_{\text{керосин}} \cdot g \cdot h_2 ]
[ P_{\text{керосин}} = 800 \cdot 9.81 \cdot h_2 ]
так как уровень ртути в обоих коленах одинаковый:
[ 1177.2 = 800 \cdot 9.81 \cdot h_2 ]
Выразим ( h_2 ):
[ h_2 = \frac{1177.2}{800 \cdot 9.81} ]
[ h_2 = \frac{1177.2}{7848} \approx 0.15 , \text{м} ]
[ h_2 = 15 , \text{см} ]
Ответ:
Высота столба керосина ( h_2 ) равна 15 см.