Question

[Nguyễn Ngọc Tú]

1 bình thông nhau hình chữ U có hai nhánh chứa H2O ko đầy có kl riêng D1 =1000 (kg/m3) ,tiết diện nhánh lớn là 100 cm3 gấp 2 lần nhánh nhỏ đổ dầu vào nhánh nhỏ sao cho chiều cao cột dầu =10 cm ,D2 = 800 (kg/m3)

a) tính độ chênh lệch mực nước trong 2 nhánh ,lúc đó mức nước ở nhánh lớn mực nước nhánh lớn dâng lên bao nhiêu ,mực nước nhánh nhỏ hạ xuống bao nhiêu ?

b)cần đặt lên nhánh lớn 1 pit tông có kl bao nhiêu để mực nước trong 2 nhánh bằng nhau?

Answer 1

[Minh Đặng]

Để giải bài toán này, chúng ta sẽ áp dụng các nguyên tắc về áp suất trong chất lỏng và các công thức về áp suất thủy tĩnh. Ta sẽ làm lần lượt từng phần của bài toán.

### a) Tính độ chênh lệch mực nước trong 2 nhánh
1. **Áp suất do cột dầu trong nhánh nhỏ:**
   - Chiều cao cột dầu \( h = 10 \) cm = 0.1 m.
   - Khối lượng riêng của dầu \( D_2 = 800 \) kg/m³.
   - Áp suất do cột dầu gây ra ở đáy nhánh nhỏ:
     \[
     P_dầu = D_2 \cdot g \cdot h = 800 \cdot 9.81 \cdot 0.1 = 784.8 \, \text{Pa}
     \]

2. **Áp suất này sẽ đẩy nước từ nhánh nhỏ sang nhánh lớn, tạo ra một độ chênh lệch mực nước:**
   - Gọi độ chênh lệch mực nước trong hai nhánh là \( \Delta h \).
   - Áp suất do cột nước chênh lệch này phải bằng áp suất do cột dầu, vì hai nhánh thông nhau và mức chất lỏng cân bằng ở đáy:
     \[
     D_1 \cdot g \cdot \Delta h = P_dầu
     \]
     \[
     1000 \cdot 9.81 \cdot \Delta h = 784.8
     \]
     \[
     \Delta h = \frac{784.8}{1000 \cdot 9.81} = 0.08 \, \text{m} = 8 \, \text{cm}
     \]

3. **Mực nước ở nhánh lớn và nhánh nhỏ:**
   - Mực nước ở nhánh lớn dâng lên một nửa độ chênh lệch này do diện tích nhánh lớn gấp đôi diện tích nhánh nhỏ:
     \[
     h_\text{dâng lên, nhánh lớn} = \frac{\Delta h}{2} = \frac{8}{2} = 4 \, \text{cm}
     \]
   - Mực nước ở nhánh nhỏ hạ xuống tương ứng:
     \[
     h_\text{hạ xuống, nhánh nhỏ} = 4 \, \text{cm}
     \]

### b) Đặt một piston có khối lượng lên nhánh lớn để mực nước cân bằng
1. **Để mực nước trong 2 nhánh bằng nhau:**
   - Ta cần tạo ra áp suất thêm vào nhánh lớn để cân bằng áp suất do cột dầu trong nhánh nhỏ.

2. **Áp suất cần thêm vào nhánh lớn để cân bằng:**
   - Ta phải đẩy nhánh lớn xuống một khoảng \( \Delta h = 8 \, \text{cm} \).

3. **Tính lực cần thêm vào nhánh lớn:**
   - Diện tích nhánh lớn \( A_\text{lớn} = 100 \, \text{cm}^2 = 0.01 \, \text{m}^2 \).
   - Áp suất thêm vào nhánh lớn để cân bằng áp suất do cột dầu:
     \[
     P_\text{piston} = D_1 \cdot g \cdot \Delta h = 1000 \cdot 9.81 \cdot 0.08 = 784.8 \, \text{Pa}
     \]

4. **Tính khối lượng của piston:**
   - Áp suất là lực trên diện tích, do đó:
     \[
     P_\text{piston} = \frac{F}{A_\text{lớn}}
     \]
     \[
     F = P_\text{piston} \cdot A_\text{lớn} = 784.8 \cdot 0.01 = 7.848 \, \text{N}
     \]
   - Khối lượng của piston:
     \[
     m = \frac{F}{g} = \frac{7.848}{9.81} \approx 0.8 \, \text{kg}
     \]

Vậy:
a) Độ chênh lệch mực nước trong hai nhánh là 8 cm. Mực nước nhánh lớn dâng lên 4 cm và mực nước nhánh nhỏ hạ xuống 4 cm.
b) Để mực nước trong hai nhánh bằng nhau, cần đặt một piston có khối lượng khoảng 0.8 kg lên nhánh lớn.