Bài 2.24 SBT Vật lý 12 - Cánh diều: Vì sao cột thuỷ ngân lại dịch xuống khi dựng ống thẳng đứng?...

Một người chế tạo dụng cụ đo độ nghiêng của bề mặt nằm ngang là một ống thuỷ tinh tiết diện S nhỏ được bịt kín hai đầu. Trong ống có chứa khí và ở giữa ống có một cột thuỷ ngân (Hg) dài l. Khi đặt ống trên mặt phẳng nằm ngang, cột thuỷ ngân nằm chính giữa ống (Hình 2.4a) và phần ống chứa khí ở hai đầu dài L như nhau. Khi dựng ống thẳng đứng, cột thuỷ ngân bị dịch xuống một đoạn ∆l, phần ống chứa khí phía dưới ngắn hơn phần ống phía trên (Hình 2.4b).

a) Vì sao cột thuỷ ngân lại dịch xuống khi dựng ống thẳng đứng?

b) Cho L = 0,50 m; l = 0,10 m; ∆l = 0,05 m. Hãy xác định áp suất p_o của khí trong ống thuỷ tinh khi ống nằm ngang theo đơn vị cmHg.

Vận dụng kiến thức về quá trình đẳng khí

a) Khi ống thuỷ tinh nằm ngang, phần ống chứa khí ở hai đầu dài bằng nhau nên lượng khí ở hai đầu ống là giống nhau, có thể xem như cùng một lượng khí. Khi dựng ống thuỷ tinh thẳng đứng, áp suất của cột khí phía dưới p₁ cân bằng với áp suất của cột khí phía trên p₂ và áp suất của cột thuỷ ngân p_Hg : p₁ = p₂ + p_Hg hay

p₁ > p₂.

Do đó, cột thuỷ ngân dịch xuống để thể tích phần khí phía dưới nhỏ hơn thể tích khí phía trên.

b) \({p_2} = \frac{{{p_{Hg}}(L - \Delta l)}}{{2\Delta l}} = 45(cmHg)\)

Áp dụng định luật Boyle cho lượng khí ở phần ống phía trên:

– Khi ống nằm ngang, lượng khí này có áp suất p_o và thể tích SL.

– Khi ống thẳng đứng, lượng khí này có áp suất p₂ và thể tích S(L + ∆l).

Vậy p_o = 49,5 cmHg.