РУҚА
Задания № 5, 18 · ЕГЭ

Соединение сосудов с разными жидкостями

Алгоритм определения уровней и давлений в сообщающихся сосудах с несколькими жидкостями
6 мин чтенияСложность: Обновлено 27 сентября 2026

Если в соединённые сосуды налиты разные несмешивающиеся жидкости, их уровни обычно оказываются разными. Чтобы найти высоты столбов и давления, нужно выбрать горизонтальный уровень сравнения и приравнять давления в одной и той же жидкости на одной горизонтали.

Основные понятия и условие равновесия

Сообщающиеся сосуды — это сосуды, соединённые каналом или трубкой, по которой жидкость может перемещаться. В открытых сосудах свободные поверхности соприкасаются с атмосферой. Если жидкость одна и находится в покое, её уровни устанавливаются на одной высоте.

Для разных жидкостей важны плотности и высоты столбов. Более плотная жидкость при одинаковом давлении создаёт нужное давление меньшим по высоте столбом. Поэтому в равновесии столб более плотной жидкости обычно ниже, а столб менее плотной жидкости — выше.

D
Гидростатическое давление

Давление столба неподвижной жидкости плотности \(\rho\) высотой \(h\) на глубине \(h\) относительно свободной поверхности равно \(p=\rho gh\). Полное давление с учётом внешнего давления \(p_0\): \(p=p_0+\rho gh\). Подробнее см. страницу о гидростатическом давлении.

T
Правило равенства давлений

В покоящейся однородной жидкости давления в точках, лежащих на одной горизонтали, равны. Если сосуды открыты, атмосферное давление действует на обе поверхности и при сравнении обычно сокращается.

\(p\)
давление
Па
\(p_0\)
атмосферное или внешнее давление
Па
\(\rho\)
плотность жидкости
кг/м³
\(h\)
высота столба жидкости
м
\(g\)
ускорение свободного падения
м/с²

Главная формула для двух жидкостей

Рассмотрим два открытых вертикальных сосуда. В левом сосуде находится жидкость плотности \(\rho_1\), в правом — жидкость плотности \(\rho_2\). Пусть жидкости соприкасаются в соединительной части, а их свободные поверхности находятся выше границы раздела на высоты \(h_1\) и \(h_2\).

h₁h₂граница разделаρ₁ρ₂
Столбы двух несмешивающихся жидкостей над границей раздела.

На границе раздела давления должны быть одинаковыми. Так как сосуды открыты, сверху на оба столба действует одно и то же атмосферное давление \(p_0\).

\[p_0+\rho_1gh_1=p_0+\rho_2gh_2\]
\[\rho_1h_1=\rho_2h_2\]

Это основное соотношение для двух жидкостей. Оно показывает: высоты столбов обратно пропорциональны плотностям.

\[\frac{h_1}{h_2}=\frac{\rho_2}{\rho_1}\]
Как выбрать уровни

Проводите мысленную горизонталь через границу раздела или через точки, находящиеся в одной и той же жидкости. Затем записывайте давление, двигаясь от свободной поверхности вниз: каждое погружение добавляет слагаемое \(\rho gh\).

Алгоритм решения задач

  1. Сделайте схему: отметьте свободные поверхности, границы жидкостей, известные высоты и плотности.
  2. Определите, открыты ли сосуды. Для открытых сосудов запишите одинаковое атмосферное давление \(p_0\) на свободных поверхностях.
  3. Выберите горизонтальный уровень сравнения. Он должен проходить через одну жидкость или через границу раздела.
  4. Запишите давление слева и справа на выбранном уровне. Сверху вниз прибавляйте \(\rho gh\) для каждого пройденного слоя.
  5. Приравняйте давления. Сократите одинаковые слагаемые, чаще всего \(p_0\) и \(g\).
  6. Решите уравнение, проверьте единицы и сравните результат с физическим смыслом: более плотная жидкость должна иметь меньшую высоту при равных давлениях.
Микро-проверка

В сообщающихся сосудах находятся вода (\(\rho_в=1000\,\text{кг/м}^3\)) и масло (\(\rho_м=800\,\text{кг/м}^3\)). Какая жидкость образует более высокий столб над границей раздела?

Разобранный пример

№
Вода и масло в сообщающихся сосудах

В левом сосуде находится вода плотности \(1000\,\text{кг/м}^3\), в правом — масло плотности \(800\,\text{кг/м}^3\). Высота столба воды над границей раздела равна \(12\,\text{см}\). Найдите высоту столба масла.

1
Выбираем границу раздела жидкостей как горизонтальный уровень. Давления на ней слева и справа равны.
\(\displaystyle p_0+\rho_{в}gh_{в}=p_0+\rho_{м}gh_{м}\)
2
Сокращаем атмосферное давление и ускорение свободного падения.
\(\displaystyle \rho_{в}h_{в}=\rho_{м}h_{м}\)
3
Выражаем высоту масла.
\(\displaystyle h_{м}=\frac{\rho_{в}h_{в}}{\rho_{м}}\)
4
Подставляем значения, предварительно переводя сантиметры в метры.
\(\displaystyle h_{м}=\frac{1000\cdot0{,}12}{800}\,\text{м}=0{,}15\,\text{м}=15\,\text{см}\)
5
Делаем проверку: масло менее плотно, поэтому его столб должен быть выше водяного.
\(\displaystyle 15\,\text{см}>12\,\text{см}\)

Ответ: высота столба масла над границей раздела равна \(15\,\text{см}\). Разность уровней свободных поверхностей составляет \(15-12=3\,\text{см}\).

Если сосуды закрыты или жидкостей несколько

Если над жидкостями находятся разные газы или поршни, давления на свободные поверхности могут отличаться. Тогда атмосферные давления не сокращаются, и нужно сохранять их в уравнении:

\[p_{01}+\rho_1gh_1=p_{02}+\rho_2gh_2\]

При трёх и более слоях давление на выбранном уровне складывается из давления сверху и вкладов всех слоёв. Например, если сверху вниз расположены слои плотностей \(\rho_1\), \(\rho_2\) и высот \(h_1\), \(h_2\), то давление внизу равно \(p_0+\rho_1gh_1+\rho_2gh_2\). В задачах с несколькими жидкостями полезно составлять отдельную «цепочку давления» для каждого сосуда.

Условие равновесия связано с общим равновесием жидкостей: жидкость не должна иметь причины перетекать. Если на одном уровне давление больше, жидкость начнёт двигаться в сторону меньшего давления.

!
Частые ошибки

1. Сравнивают высоты от дна, хотя нужны высоты столбов над границей раздела. 2. Используют формулу \(\rho_1h_1=\rho_2h_2\), когда внешние давления различны. 3. Забывают перевести сантиметры в метры. 4. Приписывают большую высоту более плотной жидкости. 5. Приравнивают давления в точках, которые не лежат на одной горизонтали или не соединены одной непрерывной жидкостью.

Короткое правило

На одном уровне в равновесной жидкости давления равны. Записывайте: «давление сверху + давление каждого столба». Для открытых сосудов обычно получается \(\rho_1h_1=\rho_2h_2\).

Q
Быстрый тест по теме

Проверь себя

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · физический смысл
Вода и ртуть находятся в открытых сообщающихся сосудах. Какая жидкость имеет больший столб над границей раздела?
Главное за минуту

Главное

  • В покоящейся непрерывной жидкости давления на одной горизонтали равны.
  • Для двух открытых сосудов с разными жидкостями: \(\rho_1h_1=\rho_2h_2\).
  • Высота столба обратно пропорциональна плотности жидкости.
  • При разных внешних давлениях нужно использовать полное уравнение: \(p_{01}+\rho_1gh_1=p_{02}+\rho_2gh_2\).
  • Решение начинайте со схемы и выбора горизонтального уровня; затем двигайтесь сверху вниз, складывая давления слоёв.