Русская Википедия:Сосуд Мариотта
Сосу́д Марио́тта (сифо́н Марио́тта[1]) — устройство, позволяющее добиться равномерного вытекания струи жидкости за счёт постоянного давления. Было изобретено французским физиком XVII века Эдмом Мариоттом (1620—1684).
Принцип работы
Сифон Мариотта представляет собой герметично закрытый сосуд, в крышку которого вставлена открытая с обоих концов трубка, одним концом погружённая в жидкость, а другим — сообщающаяся с атмосферой.
Первоначально, когда все клапаны и сообщающееся с атмосферой отверстие в трубке закрыты, уровень жидкости в трубке совпадает с уровнем жидкости в сосуде. Если наполнить сосуд жидкостью не полностью, над её поверхностью будет некоторое количество воздуха, и давление <math>P\;</math> в нижней части трубки вычисляется по формуле:
- <math>P=\rho g h_0 + p_0</math>, где:
- <math>\rho</math> — плотность жидкости;
- <math>g</math> — ускорение свободного падения;
- <math>h_0</math> — расстояние между поверхностью жидкости и нижней частью трубки;
- <math>p_0</math> — давление в пространстве над водой (атмосферное давление).
Если открыть клапан 3, то трубку, вытеснив жидкость в ней, заполнит воздух, а давление над поверхностью станет равным <math>p_0-\rho g h_0</math>. На уровне конца трубки установится атмосферное давление <math>p_0</math>. Жидкость из отверстия начнёт вытекать только под давлением столба жидкости между клапанами 2 и 3 (на рис.), которое останется постоянным всё время, пока конец трубки остаётся погружённым в жидкость. Через трубку в верхнюю часть сосуда будет поступать воздух.
Скорость истечения жидкости можно определить, воспользовавшись формулой Торричелли[2]:
- <math>v = \sqrt{2gh} </math>, где <math>h</math> — расстояние между нижним концом трубки и клапаном (или между клапанами 2 и 3 на рис.).
Если при открытом клапане 3 открыть клапан 2, находящийся на уровне нижнего конца трубки, жидкость из него вытекать не будет из-за равенства давления по обе стороны клапана. Если при открытом клапане 3 открыть клапан 1, жидкость из него также не потечёт - вместо этого через клапан 1 в сосуд будет поступать воздух, а давление на уровне клапана 3 и скорость истечения струи из него увеличатся.
Применение
Основное свойство сосуда Мариотта состоит в том, что он позволяет регулировать скорость потока жидкости. Это используется в системах непрерывной подачи чернил (СНПЧ)[3], при дозировке жидкостей в лабораторных условиях[4], в топливных баках для мазутных горелок испарительного типа (в небольших котельных), также в поливе некоторых растений.
Примечания
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Космодемьянский А. А. «Курс теоретической механики. Часть 2»
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
