Два одинаковых цилиндра с поршнями соединены трубкой с краном. В цилиндрах находится вода. Сверху на поршни поставили одинаковые стаканы с водой одинаковой массы. Затем в стаканы опустили тела, которые не тонут. Масса m1 первого тела больше массы m2 второго тела (рисунок). На какую высоту h сместятся поршни один относительно другого, если открыть кран и подождать, когда система придет в равновесие? Площадь каждого поршня S. Трением пренебречь.
Ответы
Ответ дал:
0
Так как цилиндры соединены трубкой, то давление воды в цилиндрах на одина-
ковых уровнях должны быть одинаковыми. Одинаковы и давления в цилиндрах на
том уровне, на котором находится нижний край левого поршня. Но давление в ле-
вом цилиндре (рис.) на этом уровне равно
2
( ) Mo M g
S
, а давление на этом уровне в
правом цилиндре равно
2
( ) M mg o gy S
,
где, Mo – общая масса поршня, стакана и воды высотой y. Тогда из условия равнове-
сия получим:
2 2
( )( ) M M g M mg o o gy S S
.
Решив это уравнение, найдем что
2
M m
y
S
.
Теперь определим величину x. При погружении тела в стакан сила давления на
дно стакана возрастает на величину, равную весу этого тела. С другой стороны, так
как тело не тонет и само не давит на дно, то изменение силы давления на дно – это
изменение силы давления воды на дно за счет того, что увеличивается уровень воды.
Если уровень воды в стакане поднялся на x, то давление воды на дно возросло на
g x , а сила давления – на 1 gx S . Таким образом, для левого стакана 1 1 g x S Mg ,
где 1 x – изменение уровня воды в левом стакане: 1
1
M
x
S
. Аналогично найдем, что
в правом стакане уровень воды при погружении в него тела поднялся на 2
1
m
x
S
.
Так как расстояние между дном левого и дном правого стаканов равно y, то
1 2
2 1
1 2
( )( ) M mS S
xy x x
S S
.
Вас заинтересует
1 год назад
5 лет назад