Задание 18.1. Бутылка с отверстиями: вес, давление и невесомость
Задания
Из боковых и нижних отверстий подвешенной бутылки вытекают струи. а) Куда направлен вес воды? б) Почему вода вытекает сбоку? в) Почему на рисунке верхняя боковая струя летит ближе нижней? г) Как временно прекратить вытекание, не закрывая отверстия?
а) Вес воды как результирующая её действия на поддерживающую бутылку направлен вертикально вниз. Местные силы давления воды на разные участки стенок направлены по нормали к ним; их нельзя каждую отождествлять с вектором веса.
б) Согласно закону Паскаля давление в жидкости передаётся по всем направлениям. Ниже свободной поверхности избыточное гидростатическое давление \(p=\rho gh\), поэтому вода действует и на боковые стенки, вытекая через отверстия.
в) У нижнего отверстия больший напор — большая глубина под поверхностью воды, поэтому больше скорость истечения. В показанной геометрии это даёт большую дальность нижней струи. В общем случае учитывают и высоту отверстия над местом падения: при высоте свободной поверхности H и отверстия z над землёй \(L=2\sqrt{z(H-z)}\). Поэтому правило «любая нижняя струя всегда летит дальше» неверно; максимум соответствует середине высоты H.
г) Теоретический способ — дать бутылке и воде вместе свободно падать. В их совместно падающей системе возникает невесомость и исчезает гидростатический напор, из-за которого формировались струи. Эффект длится лишь во время свободного полёта; поверхностные и переходные эффекты в модели не рассматриваются.
Это объяснение и проект демонстрации, а не сообщение о фактически выполненном опыте. Продолжительность свободного падения и результаты измерений в предоставленных страницах отсутствуют.
Что применять при решении
Ускорение вверх
\(P=m(g+a)\).
Ускорение вниз
\(P=m(g-a)\) до потери контакта; при \(a=g\) — невесомость.
Перегрузка
\(n=\frac P{mg}\); это безразмерное отношение.
Направление
Изменение веса определяют по ускорению, а не только по тому, движется тело вверх или вниз.
Создать проектГотовый файл Word. Оплата после того, как увидите работу.
Уведомление об авторском праве и цитировании
ВНИМАНИЕ: Представленные фрагменты из учебных материалов
используются исключительно в научно-образовательных целях в объеме,
оправданном поставленной целью.
Данное использование осуществляется в рамках, установленных законодательством об авторском праве
(в частности, нормами о свободном использовании произведения для образовательных целей).
В соответствии с законодательством, автор и источник заимствования
указаны для каждого используемого фрагмента.