Сосуды с двумя жидкостями
4/10Два одинаковых цилиндрических сосуда соединены в самом низу тонкой трубкой, перекрытой краном. Вторая узкая трубка соединяет сосуды на высоте \(h\). В сосуды налита – жидкость плотности \(\rho\) в одно колено, и жидкость плотности \(6\rho\) в другое, причем высота слоя жидкости с плотностью \(\rho\) равна \(h\), плотности \(6\rho\) — \(h/2\). Кран открывают. Найти высоту столба легкой жидкости в том сосуде, где первоначально была тяжелая жидкость.

▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаСравните давления у дна обоих сосудов в начальный момент: в каком направлении начнёт перетекать каждая жидкость? Что означает равенство давлений у дна в конце процесса?
Ответ\(x = \dfrac{h}{5}\).
РешениеДавление около дна сосуда с тяжелой жидкостью (\(p = 6\rho g\dfrac{h}{2} = 3\rho g h\)) больше давления около дна в сосуде с легкой жидкостью (\(p_1 = \rho g h\)). Поэтому при открывании крана тяжелая жидкость по нижней трубке будет перетекать в сосуд, в котором первоначально была легкая жидкость, которая в свою очередь по верхней трубке будет перетекать в сосуд с тяжелой жидкостью. Процесс перетекания будет происходить до тех пор, пока не выровняются давления около дна в левом и правом сосуде. Пусть к этому моменту в сосуд с легкой жидкостью перетечет столб тяжелой жидкости высотой \(x\). Тогда точно такой же слой легкой жидкости перетечет по верхней трубке в сосуд с тяжелой жидкостью, и условие равновесия жидкости в сосуде дает \[6\rho g\left(\frac{h}{2} - x\right) + \rho g x = 6\rho g x + \rho g (h - x).\] Отсюда \[x = \frac{h}{5}.\]
Похожие задачи
- Сообщающиеся сосуды разного сечения МОШ 2012/13, 8 кл.
- Ртуть, бензин и вода в сообщающихся сосудах Курчатов 2013/14, 7 кл.
- Мензурки СПбГУ 2014/15, 9 кл.
- Керосин в сообщающихся сосудах Курчатов 2016/17, 7 кл.
- Высота воды в сообщающихся сосудах Интернет-олимпиада 2016/17, 11 кл.
- Уровни ртути в U-образной трубке СПбГУ 2017/18, 8–9 кл.