Свободная поверхность жидкости
Свободная поверхность жидкости — это граница жидкости с газом. В покоящейся жидкости она устанавливается горизонтально, а в ускоренно движущемся сосуде может наклоняться так, чтобы быть перпендикулярной результирующему ускорению жидкости.
В покоящемся сосуде на жидкость действует ускорение свободного падения \(\vec{g}\), поэтому свободная поверхность горизонтальна. Это следует из гидростатического давления: точки одного горизонтального уровня в однородной покоящейся жидкости имеют одинаковое давление.
Поверхность в ускоренно движущемся сосуде
Если сосуд движется горизонтально с постоянным ускорением \(a\), жидкость покоится относительно сосуда, но её поверхность наклоняется. При этом более высокий уровень находится со стороны, противоположной ускорению сосуда. Условие равновесия жидкости описывает равновесие жидкостей и является частным случаем гидростатического равновесия.
Здесь \(\alpha\) — угол между свободной поверхностью и горизонтом. Если ускорение направлено вертикально вверх или вниз, поверхность остаётся горизонтальной, но изменяется эффективное ускорение: соответственно \(g+a\) или \(g-a\).
Сосуд движется горизонтально с ускорением \(a=3\,\text{м/с}^2\). При \(g\approx10\,\text{м/с}^2\) получаем \(\tan\alpha=0{,}3\), поэтому поверхность наклонена примерно на \(17^\circ\). Со стороны, противоположной движению с ускорением, жидкость поднимается.
Свободная поверхность не обязана быть горизонтальной: горизонтальной она является только при отсутствии горизонтального ускорения. Кроме того, наклон поверхности определяет ускорение сосуда, а не его скорость.
Сосуд ускоряется вправо. В какую сторону наклонится свободная поверхность жидкости?
Главное
- В покоящейся жидкости свободная поверхность горизонтальна.
- В сосуде с горизонтальным ускорением поверхность наклонена: \(\tan\alpha=a/g\).
- Жидкость поднимается со стороны, противоположной ускорению сосуда.