|
|
DEMONŠTRAČNÉ
EXPERIMENTY: HYDROSTATIKA
7.
MARIOTTOVA NÁDOBA S TROMA OTVORMI
Pomôcky:
Mariottova nádoba s troma postrannými
otvormi, voda, gumené
zátky
Realizácia pokusu:
Nádobu
s troma uzavretými postrannými otvormi umiestnenými v rôznych výškach
naplníme zafarbenou vodou. Pod otvory položíme misku na zachytávanie
vytekajúcej vody. Nádobu vzduchotesne uzavrieme zátkou, ktorou
prechádza tenká sklenená rúrka. Ústie rúrky sa nachádza medzi
dvoma najnižšími otvormi. Najprv otvoríme spodný otvor. Voda ním
začína vytekať a voľná hladina vody v rúrke klesne až k jej ústiu.
Pozorujeme, že rúrkou prebubláva vzduch do vody v nádobe. Po
otvorení druhého otvoru sa voľná hladina vody v
rúrke zodvihne do jeho výšky a voda ním začne prebublávať.
Voda vyteká ešte stále spodným otvorom. Po otvorení najvyššieho
otvoru voľná hladina
vody v rúrke vystúpi do jeho úrovne a voda ním začne prebublávať.
Pozorujeme, že voda začne vytekať aj stredným otvorom.
Fyzikálna
interpretácia:
V
prípade, že otvoríme dolný otvor ( stredný a horný otvor sú
uzavreté) vzniká situácia ako v Mariottovej nádobe s jedným
otvorom.
Pri
ústi trubice je hydrostatický tlak, nad touto úrovňou je tlak v
kvapaline menší ako atmosferický. Pri strednom otvore je teda tlak
menší ako atmosferický. Po otvorení stredného otvoru pôsobí na
vodu v tejto časti z
vonkajšej strany väčší tlak ako z vnútra a teda cez otvor
prebubláva vzduch do vnútra nádoby. Hladina atmosferického tlaku
je teraz na úrovni stredného otvoru. V tej istej výške je aj úroveň
vody v sklenenej rúrke. Výtoková rýchlosť vytekajúcej vody spodným
otvorom narástla ( výška vodného stĺpca ovplyvňujúca výtokovú
rýchlosť je daná vzdialenosťou medzi spodným a stredným otvorom.
Vzduch nasávaný stredným otvorom znižuje veľkosť podtlaku nad
hladinou vody v nádobe a preto aj úroveň hladiny s atmosferickým
tlakom v kvapaline kolíše. Prejaví sa to pohybom hladiny kvapaliny
v sklenenej rúrke.
Na
úrovni stredného otvoru je v kvapaline atmosferický tlak. Nad touto
úrovňou je tlak v kvapaline menší ako atmosferický. Pri ústi
horného otvoru je teda menší tlak ako je atmosferický a po jeho
otvorení ním vzduch prebubláva do vody v nádobe. Úroveň
atmosferického tlaku v kvapaline sa posunula na úroveň horného
otvoru. Hladina kvapaliny v sklenenej rúrke vystúpila na úroveň
horného otvoru. Voda začala vytekať aj stredným otvorom, jej výtoková
rýchlosť ( ovplyvnená výškou vodného stĺpca medzi stredným a
horným otvorom ) je menšia ako výtoková rýchlosť vody vytekajúcej
spodným otvorom ( ovplyvnená výškou vodného stĺpca medzi spodným
a horným otvorom ).
Realizačná poznámka:
Vzdialenosť
horného otvoru od hladiny vody v nádobe musí byť dostatočná, aby
sme mohli ukázať postupne otváranie všetkých troch otvorov.
Otázky:
Prečo
po otvorení stredného otvoru ním začne vzduch prebublávať
dovnútra a výtoková rýchlosť vody zo spodného otvoru sa zvýši?
Prečo
pri otvorení vrchného otvoru sa zvýši výtoková rýchlosť
vody vytekajúcej zo spodných dvoch otvorov?
Aké
praktické využitie by mohlo mať toto zariadenie?
|
|
|
|