Упражнение 34. На рисунке показано водомерное стекло парового котла. Объясните действие этого прибора.

1. Водомерное стекло работает по принципу сообщающихся сосудов. Оно соединено с паровым котлом в двух местах: снизу (где находится вода) и сверху (где находится пар). Согласно закону сообщающихся сосудов, свободная поверхность однородной жидкости в них устанавливается на одном уровне. Поэтому уровень воды в стекле всегда совпадает с уровнем воды в самом котле, что позволяет его контролировать. 2. Артезианский колодец также является примером сообщающихся сосудов. Слой 2 (песок) насыщен водой и находится между двумя водонепроницаемыми слоями 1 и 3 (например, глиной), которые образуют своеобразную «трубу» или чашу. Если край этого водоносного слоя находится выше уровня земли в месте прокола (колодца), то под действием давления вода по закону сообщающихся сосудов стремится подняться до уровня воды в источнике, из-за чего и бьёт фонтаном. 3. В сообщающихся сосудах давление на уровне раздела жидкостей одинаково: $p_1 = p_2$. Используя формулу гидростатического давления $p = \rho gh$, получаем: $\rho_1 g h_1 = \rho_2 g h_2$ Разделим обе части на $g$ и перегруппируем: $\frac{h_1}{h_2} = \frac{\rho_2}{\rho_1}$ Это доказывает, что высоты столбов обратно пропорциональны плотностям жидкостей. 4. Самый простой способ устроить фонтан — использовать принцип сообщающихся сосудов. Нужно взять резервуар с водой и расположить его выше уровня выходного отверстия (насадки фонтана), соединив их шлангом. **Схема:** Сосуд А (высоко) $\rightarrow$ Шланг $\rightarrow$ Узкий наконечник Б (низко). **Действие:** Давление столба жидкости в высоком резервуаре заставляет воду вырываться из нижнего отверстия, при этом высота струи будет стремиться к уровню воды в верхнем резервуаре.