Коленами вертикально расположенной U-образной трубки являются капилляры с радиусами r1 = 3,6 мм и r2 = 0,5 мм. В трубке налита ртуть. Определить разность уровней h ртути в коленах. Краевой угол θ = 138.
от

1 Ответ

Дано: r1 = 3.6 мм = 0.0036 м, r2 = 0.5 мм = 0.0005 м, θ = 1380, ρ(ртуть) = 13.6 * 10^3 кг/м^3

Найти: h

Решение:
Сначала найдем разность давлений между уровнями воды в двух коленах трубки.

ΔP = ρ*g*h
где ρ - плотность ртути, g - ускорение свободного падения, h - разность уровней

Так как жидкость не вытекает из трубки, то давление в точках A и B одинаково:

P1 + 0.5*ρ*v1^2 + ρ*g*h = P2 + 0.5*ρ*v2^2
где P1 и P2 - давление в точках A и B соответственно, v1 и v2 - скорости потока жидкости в точках A и B соответственно

Так как трубка вертикальная и сечение не меняется, то v1 = v2 и P1 = P2.
Поэтому уравнение упрощается до:

0.5*ρ*v1^2 + ρ*g*h = 0.5*ρ*v1^2
ρ*g*h = 0.5*ρ*v1^2

Также из закона сохранения энергии для жидкости получаем:

P1/ρ + 0.5*v1^2 + g*z1 = P2/ρ + 0.5*v2^2 + g*z2
P1/ρ + 0.5*v1^2 + g*0 = P2/ρ + 0.5*v2^2 + g*h
P1/ρ + 0.5*v1^2 = P2/ρ + 0.5*v1^2
P1 = P2

Подставляем P1 = P2 в уравнение Бернулли и получаем:

ρ*g*h = 0.5*ρ*v1^2
g*h = 0.5*v1^2
h = 0.5*v1^2/g

Скорость потока жидкости v1 равна:

v1 = r1^2 * g * θ
2

Подставляем значения и рассчитываем:

v1 = (0.0036)^2 * 9.81 * 1380
2
v1 = 0.0036 м/с

h = 0.5 * (0.0036)^2 / 9.81
h = 0.000006192 м

Ответ: h = 0.000006192 м
от