В цилиндрический сосуд налили воду и керосин (они не смешиваются). Общая высота столба жидкостей h = 30 см. Гидростатическое давление жидкости у дна сосуда р = 2,8 кПа.
а) Запишите формулу, выражающую давление р жидкости у дна сосуда через плотности жидкостей ρв и ρк и высоты столбов жидкости hв и hк.
б) Чему равна высота столба каждой жидкости?
от

1 Ответ

дано:  
h = 30 см = 0.3 м (общая высота столба жидкостей)  
p = 2.8 кПа = 2800 Па (гидростатическое давление у дна сосуда)

найти:  
а) формулу для давления p жидкости у дна сосуда  
б) высоту столба каждой жидкости hв и hк

решение:  
а) Давление у дна сосуда выражается через плотности жидкостей и высоты их столбов следующим образом:  
p = ρв * g * hв + ρк * g * hк,  
где ρв и ρк — плотности воды и керосина соответственно,  
hв и hк — высоты столбов воды и керосина.

Также, учитывая, что hв + hк = h, можно выразить hк как:  
hк = h - hв.

б) Подставим hк в формулу давления:  
p = ρв * g * hв + ρк * g * (h - hв).

Теперь можно выразить hв через заданные параметры. Так как ускорение свободного падения g ≈ 9.81 м/с², подставим это значение:  
2800 = ρв * 9.81 * hв + ρк * 9.81 * (0.3 - hв).

Рассмотрим плотности воды и керосина:  
ρв ≈ 1000 кг/м³ (плотность воды)  
ρк ≈ 800 кг/м³ (плотность керосина)

Подставим эти значения в уравнение:  
2800 = 1000 * 9.81 * hв + 800 * 9.81 * (0.3 - hв).

Раскроем скобки:  
2800 = 1000 * 9.81 * hв + 800 * 9.81 * 0.3 - 800 * 9.81 * hв.  

Теперь объединим термины:  
2800 = (1000 * 9.81 - 800 * 9.81) * hв + 800 * 9.81 * 0.3  
2800 = 200 * 9.81 * hв + 2354.4

Вычтем 2354.4 из обеих сторон:  
2800 - 2354.4 = 200 * 9.81 * hв  
445.6 = 200 * 9.81 * hв  

Теперь найдем hв:  
hв = 445.6 / (200 * 9.81)  
hв ≈ 0.226 м = 22.6 см.

Теперь находим hк:  
hк = 0.3 - hв  
hк = 0.3 - 0.226  
hк ≈ 0.074 м = 7.4 см.

ответ:  
а) Давление жидкости у дна сосуда выражается как p = ρв * g * hв + ρк * g * hк.  
б) Высота столба воды hв ≈ 22.6 см, высота столба керосина hк ≈ 7.4 см.
от