сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word

Три оди­на­ко­вых ци­лин­дри­че­ских со­су­да стоят рядом на го­ри­зон­таль­ном столе и со­еди­не­ны вб­ли­зи дна тон­ки­ми труб­ка­ми, ко­то­рые пе­ре­кры­ты кра­на­ми (см. рис.). Со­су­ды за­пол­не­ны до уров­ня h0 жид­ко­стя­ми с плот­но­стя­ми ρ1, ρ2, ρ3, при­чем ρ1 > ρ2 > ρ3. В какой по­сле­до­ва­тель­но­сти нужно от­крыть краны, чтобы по­лу­чить мак­си­маль­ную вы­со­ту стол­ба жид­ко­сти в одном из со­су­дов? Чему равна эта вы­со­та?

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Чтобы до­бить­ся мак­си­маль­но­го подъ­ема уров­ня жид­ко­сти, нужно под­ни­мать менее плот­ные жид­ко­сти. Сле­до­ва­тель­но, сна­ча­ла нужно от­крыть кран между со­су­да­ми с жид­ко­стя­ми плот­но­стей \rho_2 и \rho_3. При этом часть жид­ко­сти плот­но­сти \rho_2 пе­ре­те­чет в сосуд с жид­ко­стью плот­но­сти \rho_3, под­няв снизу весь столб на­и­ме­нее плот­ной жид­ко­сти. После от­кры­тия вто­ро­го крана жид­кость наи­боль­шей плот­но­сти \rho_1 пе­ре­те­чет в со­сед­ние со­су­ды и под­ни­мет снизу име­ю­щи­е­ся там стол­бы жид­ко­стей. При этом в край­не пра­вом на ри­сун­ке со­су­де будет до­стиг­нут наи­боль­ший подъ­ем уров­ня жид­ко­сти, а столб жид­ко­сти в этом со­су­де будет со­сто­ять из жид­ко­стей всех трех видов.

Для рас­че­та вы­со­ты стол­ба рас­смот­рим сна­ча­ла си­ту­а­цию после от­кры­тия крана между со­су­да­ми с жид­ко­стя­ми плот­но­стей \rho_2 и \rho_3. За­пи­шем усло­вие ра­вен­ства дав­ле­ний у дна этих со­су­дов в виде

 \rho_2 h_2=\rho_2 h_3 плюс \rho_3 h_0,

где h_2 и h_3  — вы­со­ты стол­бов жид­ко­сти с плот­но­стью \rho_2 во вто­ром и тре­тьем со­су­дах. Учи­ты­вая, что h_2 плюс h_3=h_0, на­хо­дим, что

 h_2= дробь: чис­ли­тель: h_0, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка 1 плюс дробь: чис­ли­тель: \rho_3, зна­ме­на­тель: \rho_2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка , h_3= дробь: чис­ли­тель: h_0, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка 1 минус дробь: чис­ли­тель: \rho_3, зна­ме­на­тель: \rho_2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка .

После от­кры­тия вто­ро­го крана усло­вия ра­вен­ства дав­ле­ний в со­су­дах можно за­пи­сать как

 \rho_1 h_1=\rho_1 h_12 плюс \rho_2 h_2,  \rho_1 h_1=\rho_1 h_13 плюс \rho_2 h_3 плюс \rho_3 h_0,

где через h_12 и h_13 обо­зна­че­ны вы­со­ты стол­бов жид­ко­сти плот­но­сти \rho_1 во вто­ром и тре­тьем со­су­дах со­от­вет­ствен­но. Учи­ты­вая также, что h_1 плюс h_12 плюс h_13=h_0, на­хо­дим

 h_1= дробь: чис­ли­тель: h_0, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби левая круг­лая скоб­ка 1 плюс дробь: чис­ли­тель: \rho_2 плюс \rho_3, зна­ме­на­тель: \rho_1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка ,  h_12=h_13= дробь: чис­ли­тель: h_0, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби левая круг­лая скоб­ка 1 минус дробь: чис­ли­тель: \rho_2 плюс \rho_3, зна­ме­на­тель: 2 \rho_1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка .

Пол­ная вы­со­та стол­ба в тре­тьем со­су­де будет равна

 H_3=h_13 плюс h_3 плюс h_0= дробь: чис­ли­тель: h_0, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 11, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: \rho_3, зна­ме­на­тель: \rho_2 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: \rho_2 плюс \rho_3, зна­ме­на­тель: 3 \rho_1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка .

Ответ: cна­ча­ла нужно от­крыть кран между со­су­да­ми с жид­ко­стя­ми плот­но­стей \rho_2 и \rho_3. Вы­со­та стол­ба жид­ко­сти будет равна  дробь: чис­ли­тель: h_0, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 11, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: \rho_3, зна­ме­на­тель: \rho_2 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: \rho_2 плюс \rho_3, зна­ме­на­тель: 3 \rho_1 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка .