U-образный манометр: разность давлений из высоты
1 · Прогноз
U-образная трубка держит воду на разных уровнях с обеих сторон, открытая в воздух с обоих концов. Что определяет разность давлений между двумя столбами?
- Разность давлений зависит от общего количества воды в трубке.
- Разности давлений нет, пока обе стороны открыты в воздух.
- Разность давлений зависит только от разности высот двух сторон.
2 · Подготовка
- Откройте пресет U-образной трубки и нажмите «Сброс». Вода стоит на разных уровнях слева и справа в U-трубке.
- Включите показание разности давлений.
- Задайте уровни воды слева и справа для каждой пробы и запишите показание разности давлений.
3 · Сбор данных
| Высота слева h_L (m) | Высота справа h_R (m) | Разность давлений ΔP (Pa) |
|---|---|---|
| 0.10 | 0.16 | |
| 0.08 | 0.20 | |
| 0.05 | 0.22 |
Постройте ΔP (ось y) против разности высот h_R − h_L (ось x) для трёх проб. Линия прямая?
4 · Анализ
- Для одной пробы вычислите ΔP = ρg(h_R − h_L), используя плотность воды 1000 кг/м³ и g = 9.8 м/с², и сравните с показанием.
- Ваши три пробы используют разные абсолютные высоты, но одну закономерность. Объясните, почему ΔP зависит только от разности высот, а не от того, насколько полна трубка в целом.
5 · Развитие
- Ртутный барометр использует тот же принцип, но с ртутью (плотность 13 600 kg/m³) вместо воды. При той же разности высот разность давлений будет больше или меньше, чем с водой? Примерно во сколько раз?
- Ныряльщики чувствуют, как давление растёт с глубиной. Используя ΔP = ρgΔh, объясните, почему давление на глубине 10 м примерно вдвое больше давления на глубине 5 м.
Физика этого эксперимента
Гидростатическое давление
Давление в жидкости растёт линейно с глубиной: P = ρgh. В U-образной трубке, открытой в воздух с обоих концов, разность давлений между двумя столбами целиком определяется разностью их высот.