Гидростатика

Гидростатика изучает физику жидкостей в статичном состоянии (в состоянии покоя, без течения и динамики). На основе законов гидростатики работают многие устройства: тормозные системы, гидравлические прессы, фонтан Герона и др. В этой статье разберемся с основами гидростатики, необходимые для успешной сдачи ЕГЭ по физике.

Давление в жидкости передается по всему объему без изменений. Он, на самом деле, довольно очевиден для нас и мы часто сталкиваемся с ним в жизни, но не принимаем во внимание. Например, если засунуть руку в ведро с водой, то давление воды на руку со всех сторон будет одинаково, то есть на нее не будет действовать горизонтальной силы. 

Пример, который часто приводят при объяснении этого закона: если бочку с водой поставить под пресс, то разрыв бочки водой будет во все стороны одинаковый (учитывая, что бочка идеально симметрична).

Столб жидкости создает давление, которое зависит только от плотности жидкости, ускорения свободного падения и высоты (глубины) жидкости над данной точкой. Такое явление происходит из-за силы притяжения, таким образом, верхние слои жидкости давят на нижние, и создается давление. 

Давление столба жидкости на глубине , считая от поверхности жидкости в сосуде, находится по формуле:

Опираясь на формулу, можно сделать вывод, что давление жидкости на глубине  не будет зависеть от формы сосуда и не будет изменяться при горизонтальном сдвиге. 

Давление жидкости во всех точках  будет равно друг другу.

Принцип решения заданий на сообщающиеся сосуды основан на гидростатическом давлении и законе Паскаля. По закону Паскаля давление жидкости в нижней точке с обеих сторон одинаковое. Но из чего складывается это давление? 

Рассмотрим подробнее на конкретном примере (см. рис.). Слева у нас только столб жидкости ртути. Его давление находится по формуле гидростатического давления (тут все просто).

Справа же у нас чуть посложнее, потому что там, помимо ртути, сверху есть еще вода, и тогда давление в нижней точке есть сумма давлений этих столбов жидкости: давление от ртути + давление от воды. Помимо этого, с обеих сторон есть дополнительное атмосферное давление, потому что сосуды открыты, и в данном случае оно просто сократится, и его можно не учитывать, но придется учитывать в более сложных задачах, когда одна из сторон трубки будет закрыта. 

Это основной алгоритм для решения заданий на сообщающиеся сосуды, далее из этого уравнения можно найти неизвестное. 

Например: Найти разность высот ртути слева и справа, при добавлении столба воды справа высотой равному . 

Решение: Во-первых, нужно посмотреть в справочнике давление воды и давление ртути. Во-вторых, выразить из нашего уравнения неизвестное и подставить значения.

Как мы видим, гидростатика не очень сложная, если в ней немного разобраться. По итогу необходимо запомнить формулу давления столба жидкости, запомнить, что по закону Паскаля давление передается во все стороны без изменений и понять принцип решения заданий на сообщающиеся сосуды.