Гидростатический парадокс
Жидкость может действовать на дно сосуда с силой, превосходящей ее собственный вес. Если налить в сосуды, имеющие разную форму, но одинаковую площадь дна, одну и ту же жидкость до одного уровня (рисунок 1), то при разном количестве налитой жидкости сила давления на дно окажется одинаковой.
На рисунке 2 представлена схема прибора голландского математика и механика Симона Стевина (1548–1620), с помощью которого ученый экспериментально доказал, что давление жидкости на дно сосуда не зависит от формы сосуда.
В дне каждого из двух сосудов одинаковой высоты были проделаны одинаковые круглые отверстия с диаметром AD. Отверстия закрывались сверху одинаковыми тонкими деревянными кругами K, и в сосуды наливалась вода. Опыт показывал, что деревянные круги прижимали ко дну сосуда некоторые силы, сравнить которые можно было с помощью противовесов T и S. Измерения показали, что T = S, т. е. силы давления воды на круг были одинаковы в обоих сосудах.
Полую трубку, закрепленную в штативе, снизу закрывают легким кругом с прикрепленным к нему динамометром и наливают воду до уровня CD (см. рисунок). Можно ли утверждать, что показания динамометра в данном случае соответствуют силе тяжести, действующей на воду в трубке? Ответ поясните.
Ответ: нельзя.
Объяснение. На воду, находящуюся в сосуде действует сила тяжести, направленная вертикально вниз, и сила атмосферного давления, направленная вверх, не позволяющая легкой пластинке отваливаться от дна сосуда. Эти силы противодействуют друг другу, поэтому нельзя утверждать, что динамометр показывает силу тяжести, действующую на воду.
Учащиеся решили исследовать зависимость силы давления воды на дно сосуда от высоты столба жидкости. Для этого они взяли стеклянную банку, на дно которой положили алюминиевый диск. К диску на нити был прикреплен динамометр, с помощью которого измеряли силу отрыва диска от дна банки. Далее в банку наливали воду, последовательно повышая уровень. Удалось ли учащимся провести запланированные исследования? Ответ поясните.