Решение: Ртуть в U-образной трубке
В комнате находится открытая сверху U-образная трубка, в которую налита ртуть (рис. а). Левое колено трубки плотно закрывают пробкой (рис. б), после чего температура в комнате увеличивается. Что произойдёт с уровнями ртути в коленах трубки? Атмосферное давление считать неизменным. Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.
Решение по шагам
4 шагаПосле закрытия левого колена в нём оказывается запертый воздух. При повышении температуры давление этого воздуха увеличивается, так как количество газа и объём, занимаемый газом до начала движения ртути, первоначально сохраняются.
$$p \sim T \quad (V=\mathrm{const})$$Давление воздуха в левом колене становится больше атмосферного давления, действующего на свободную поверхность ртути в правом колене.
Из-за разности давлений ртуть начинает перемещаться: в левом колене она опускается, а в правом, открытом колене — поднимается.
Движение прекращается, когда разность давлений уравновесится гидростатическим давлением столба ртути между уровнями.
$$p_{\text{газ}} = p_{\text{атм}} + \rho g h$$Уровень ртути в левом, закрытом колене опустится, а в правом, открытом колене поднимется; уровень справа окажется выше уровня слева.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Указывать, что ртуть поднимется в закрытом колене из-за нагревания газа.
Считать, что атмосферное давление изменяется при нагревании.
Не учитывать разность давлений и условие гидростатического равновесия.