24

Решение: Воздушный столбик и ртуть

ЕГЭ · Физика · Задание 24 · Давление и плавание тел
ПовышеннаяФИПИ0F5292Развёрнутое решение≈ 5 минутРазбор в 6 шагов
Условие

В запаянной с одного конца стеклянной трубке, расположенной горизонтально, находится столбик воздуха длиной $l_1 = 30{,}7\ \text{см}$, запертый столбиком ртути (рис. 1). Если трубку закрепить вертикально отверстием вниз, то длина воздушного столбика над ртутью будет равна $l_2 = 43{,}2\ \text{см}$ (рис. 2). Какова длина $l$ ртутного столбика? Атмосферное давление $747\ \text{мм рт. ст.}$. Температуру воздуха в трубке считать постоянной.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

6 шагов
1

При постоянной температуре для воздуха выполняется закон Бойля—Мариотта. Поскольку площадь поперечного сечения трубки постоянна, объёмы воздуха пропорциональны длинам воздушных столбиков.

$$p_1l_1=p_2l_2$$
2

В горизонтальном положении давление воздуха равно атмосферному давлению:

$$p_1=p_{\text{атм}}=747\ \text{мм рт. ст.}$$
3

После установки трубки вертикально отверстием вниз давление воздуха уменьшается на давление столбика ртути. Если длина ртутного столбика выражена в миллиметрах, то:

$$p_2=p_{\text{атм}}-l$$
4

Подставим выражения для давлений в закон Бойля—Мариотта:

$$p_{\text{атм}}l_1=(p_{\text{атм}}-l)l_2$$
5

Выразим длину ртутного столбика:

$$l=p_{\text{атм}}\left(1-\frac{l_1}{l_2}\right)$$

Вычислим длину столбика ртути:

$$l=747\left(1-\frac{30{,}7}{43{,}2}\right)\ \text{мм}\approx216\ \text{мм}=21{,}6\ \text{см}$$
Ответ

Длина ртутного столбика составляет примерно $21{,}6\ \text{см}$.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Считать давление воздуха в вертикальной трубке равным сумме атмосферного давления и давления ртути.

Использовать объём всего внутреннего пространства трубки вместо объёма воздушного столбика.

Забыть, что при постоянной площади сечения отношение объёмов равно отношению длин столбиков.

Не привести миллиметры ртутного столба к сантиметрам.

Закрепить приёмВ теме «Давление и плавание тел» ещё 95 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 24 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 6 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Давление и плавание тел»: в ней 96 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.