Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 11426
2019-11-17 
В лабораторной установке требуется обеспечить непрерывный ток жидкости через плоский вертикальный многозвенный змеевик $ABCDEFG \cdots$ (см. рис. а). Лаборант присоединил к началу змеевика сосуд $M$, причем уровень жидкости в сосуде $H$ был выше уровня $h$ верхних колен змеевика, и открыл кран $N$. Потечет ли жидкость через змеевик? Капиллярными явлениями и падением уровня Н жидкости в сосуде $M$ пренебречь.
Решение:
Если не повышать давление в сосуде или не отсасывать воздух из открытого конца змеевика, то жидкость через змеевик может и не потечь. Чтобы убедиться в этом, рассмотрим процесс наполнения жидкостью участка $ABCDE$
Как только трубка $A$ заполнится, жидкость начнет перетекать по нижней части колена $B$ и стенкам трубки $C$ в колено $D$ (рис. б). По заполнении колена $D$ дальнейшее перетекание жидкости из $A$ через $B$ будет приводить лишь к повышению уровня в трубке $E$ (рис. в). Воздух в колене $B$ и трубке $C$ оказался в ловушке. Возникла так называемая "воздушная пробка". Для равновесия жидкости в трубке $E$ необходимо, чтобы давление $p$ в воздушной пробке превышало атмосферное давление $p_{0}$ на величину гидростатического давления столба жидкости в $E$, т. е. должно быть $\Delta p = p - p_{0} = \rho gh_{0}$, где $\Delta p$ - избыточное давление в воздушной пробке; $\rho$ - плотность жидкости; $h_{0}$ - высота жидкости в трубке $E$.
Аналогично равновесие жидкости в трубке $A$ возможно, лишь если уровень жидкости в сосуде $M$ превышает высоту колена $A$ на ту же величину $h_{0}$.
Рассматривая последовательно возможность попадания жидкости в следующие участки змеевика, убеждаемся, что сквозной док возникнет, лишь если превышение уровня в сосуде $M$ над уровнем верхних колен равно сумме высот всех трубок, в которых при заполнении змеевика жидкость стекает вниз, образуя воздушные пробки (т. е. трубок $C, G$ и т. д.), т. е. отношение $H/h$ должно превышать число колен в змеевике.
Только теперь можно понять смысл весьма расплывчатого выражения "многозвенный змеевик", употребленного в тексте задачи. Очевидно, имелось в виду, что число колен превосходит отношение $H/h$ (больше это число сравнить просто не с чем!). Следовательно, жидкость через змеевик протекать не будет.
В лабораторной установке требуется обеспечить непрерывный ток жидкости через плоский вертикальный многозвенный змеевик $ABCDEFG \cdots$ (см. рис. а). Лаборант присоединил к началу змеевика сосуд $M$, причем уровень жидкости в сосуде $H$ был выше уровня $h$ верхних колен змеевика, и открыл кран $N$. Потечет ли жидкость через змеевик? Капиллярными явлениями и падением уровня Н жидкости в сосуде $M$ пренебречь.
Решение:
Если не повышать давление в сосуде или не отсасывать воздух из открытого конца змеевика, то жидкость через змеевик может и не потечь. Чтобы убедиться в этом, рассмотрим процесс наполнения жидкостью участка $ABCDE$
Как только трубка $A$ заполнится, жидкость начнет перетекать по нижней части колена $B$ и стенкам трубки $C$ в колено $D$ (рис. б). По заполнении колена $D$ дальнейшее перетекание жидкости из $A$ через $B$ будет приводить лишь к повышению уровня в трубке $E$ (рис. в). Воздух в колене $B$ и трубке $C$ оказался в ловушке. Возникла так называемая "воздушная пробка". Для равновесия жидкости в трубке $E$ необходимо, чтобы давление $p$ в воздушной пробке превышало атмосферное давление $p_{0}$ на величину гидростатического давления столба жидкости в $E$, т. е. должно быть $\Delta p = p - p_{0} = \rho gh_{0}$, где $\Delta p$ - избыточное давление в воздушной пробке; $\rho$ - плотность жидкости; $h_{0}$ - высота жидкости в трубке $E$.
Аналогично равновесие жидкости в трубке $A$ возможно, лишь если уровень жидкости в сосуде $M$ превышает высоту колена $A$ на ту же величину $h_{0}$.
Рассматривая последовательно возможность попадания жидкости в следующие участки змеевика, убеждаемся, что сквозной док возникнет, лишь если превышение уровня в сосуде $M$ над уровнем верхних колен равно сумме высот всех трубок, в которых при заполнении змеевика жидкость стекает вниз, образуя воздушные пробки (т. е. трубок $C, G$ и т. д.), т. е. отношение $H/h$ должно превышать число колен в змеевике.
Только теперь можно понять смысл весьма расплывчатого выражения "многозвенный змеевик", употребленного в тексте задачи. Очевидно, имелось в виду, что число колен превосходит отношение $H/h$ (больше это число сравнить просто не с чем!). Следовательно, жидкость через змеевик протекать не будет.
