§ 156. Сифон

Рассмотрим два сосуда с одной и той же жидкостью, расположенные на разных уровнях (рис. 245): Наполним изогнутую трубку той же жидкостью, погрузим концы трубки в жидкость, содержащуюся в сосудах, после чего удалим пробки, закрывающие оба конца трубки. Если жидкость заполняет полностью (без разрывов) всю трубку, начнется перетекание ее из верхнего сосуда в нижний. Такое устройство называют сифоном. Сифон широко применяется на практике для выливания жидкости из сосудов, которые нельзя опрокинуть, например бензина из автомобильного бака.

Рис. 245. К объяснению действия сифона

Действие сифона объясняется следующим образом. Выделим мысленно в верхней части трубки объем жидкости, ограниченный сечениями  и . Давление на открытую поверхность жидкости в обоих сосудах одинаково и равно атмосферному давлению . Давление  в сечении  меньше  на ; давление же  в сечении  меньше  на . Поскольку , давление  больше, чем  на . Поэтому жидкость будет перемещаться по трубке в направлении от  к  и, следовательно, перетекать из верхнего сосуда в нижний. Если убрать нижний сосуд, сифон все равно будет работать, причем скорость течения жидкости в трубке даже возрастет, так как расстояние  в этом случае нужно отсчитывать до открытого конца трубки. Заметим, что при разрыве столба жидкости в трубке, если этот разрыв расположен выше уровня жидкости в верхнем сосуде, сифон перестает работать.

Высказанные соображения легко проверить на опыте при помощи резиновой трубки, конец которой можно располагать на разной высоте. Чем больше разница по высоте между концом трубки и свободной поверхностью жидкости, тем отчетливее выражено явление и тем быстрее вытекает жидкость. Если отверстие трубки, заполненной жидкостью, затянуть пленкой (рис. 246), то при опускании конца трубки видно, как меняется форма пленки, переходя от вогнутой (конец трубки — выше уровня жидкости в сосуде) к плоской (конец трубки — на уровне жидкости) и ко все более выпуклой при дальнейшем опускании трубки.

Рис. 246. Выгибание резиновой пленки при разных положениях трубки

Рис. 247. К упражнению 156.1

156.1. Сосуд и трубка заполнены одной и той же жидкостью (рис. 247). Как изменится уровень жидкости в сосуде при открывании крана , крана , крана , крана ?