Задание №5 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение. Рассмотрим принцип действия всасывающего насоса. Когда поршень насоса движется вверх, между ним и поверхностью воды создаётся область пониженного давления (разрежение).

1. На свободную поверхность воды в водоёме (снаружи насоса) действует атмосферное давление $P_{атм}$. Согласно закону Паскаля, это давление передаётся жидкостью во всех направлениях одинаково.

2. Под поршнем давление становится значительно меньше атмосферного. Из-за возникшей разности давлений атмосферный воздух «давит» на поверхность воды в водоёме и заставляет воду подниматься вверх по трубе за поршнем.

3. Вода будет подниматься до тех пор, пока давление столба жидкости высотой $h$ не уравновесит атмосферное давление. Условие равновесия записывается формулой:
$P_{атм} = \rho \cdot g \cdot h$,
где $\rho$ — плотность воды, $g$ — ускорение свободного падения, $h$ — высота столба воды.

4. Из этой формулы выразим высоту подъёма:
$h = \frac{P_{атм}}{\rho \cdot g}$.
Как видно из формулы, высота подъёма воды прямо пропорциональна атмосферному давлению. Если атмосферное давление изменится, изменится и максимальная высота, на которую насос сможет поднять воду. При нормальном атмосферном давлении ($10^5$ Па) эта высота составляет примерно 10,3 метра.

5. Масса воды, площадь поршня или сила сопротивления (при медленном движении) не определяют теоретический предел высоты подъёма, так как главным «двигателем» воды в данной системе является именно давление атмосферы.

Ответ: 3

Источник: ФИПИ