Задача Ф19‍‍

Независимо от того, какой сосуд нагревается, вода потечёт направо. Пусть нагревается жидкость в правом сосуде. Тогда она расширится и займёт больший объём. Если бы сосуд был цилиндрическим (рис. 16), то давление жидкости на дно не изменилось бы: уменьшение плотности воды в точности скомпенсировалось бы увеличением высоты столба жидкости. Это следует из того, что сила давления на дно цилиндрического сосуда, с одной стороны, равна силе тяжести, действующей на находящукся в сосуде воду, а с другой стороны, равна давлению жидкости на дно, умноженному на площадь дна: $P=pS$‍.‍ Так как ни сила тяжести, ни площадь дна при нагревании жидкости не меняются, то не меняется и давление на дно цилиндрического сосуда.

В коническом расширяющемся сосуде при таком же уменьшении плотности жидкости увеличение высоты столба меньше, чем в цилиндрическом сосуде. Это происходит по двум причинам: во-первых, расширяется меньшее количество жидкости, а значит, меньше изменение её объёма; во-вторых, при расширении вода должна заполнить объём, заштрихованный на рисунке. Поэтому давление на дно сосуда при нагревании жидкости уменьшается. Так как при равновесии жидкости в трубке, соединяющей сосуды, давление у её конца в левом сосуде должно быть равно давлению у её конца в правом сосуде, то жидкость будет перетекать из левого сосуда в правый.

Рассматривая аналогично нагревание и расширение жидкости в левом сосуде, мы найдём, что при нагревании левого сосуда давление на его дно увеличивается. Это означает, что и в этом случае жидкость будет перетекать из левого сосуда в правый.

Правильно решили эту задачу Владимир Метлицкий (Ангарск Иркутской обл.) и Александр Карпенко. Ученик 8 класса Ефим Каплун (Винница, Украина) обратил внимание на то, что в нагретом сосуде вода испаряется интенсивнее, чем в том, температура которого не меняется. Это должно сказаться на перетекании воды. Однако, если температуры сосудов невысоки, то этим эффектом можно пренебречь.