Feladat: 2180. fizika feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Gazdag Norbert ,  Kriston Beatrix ,  Szűcs Gábor ,  Vágújhelyi Ferenc 
Füzet: 1988/január, 41 - 42. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Rugalmas erő, Légköri nyomás, Hidrosztatikai nyomás, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1986/december: 2180. fizika feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Vizsgáljuk meg, hogyan változnak meg a kémcsőre ható erők a nyomás növekedésével!
A kémcső tömege nem változik. A kémcső higanyba merülő részére ható felhajtóerő sem változik jelentősen, mivel a nyomás növekedtével a csövön belül ugyan emelkedik a higanyszint, de ez az edényben csak kismértékű szintcsökkenést okoz.(Az edény átmérője sokkal nagyobb.) Azt azonban megjegyezzük, hogy a felhajtóerő csökken, ha elhanyagolhatóan is.
A kémcső és a higany közötti egyéb kölcsönhatások (adhézió) elhanyagolhatóak, így a higanyszint emelkedése nem hat a csőre.
S végül a nyomás növekedésével a csőre ható közvetlen nyomóerő is megnövekszik.
Láthatjuk, hogy csak a lefelé ható erők növekedtek, vagyis a cső úgy kerülhet újra egyensúlyi helyzetbe, ha lefelé elmozdul, s a megnövekvő rugóerő egyensúlyt tart a fenti változásokkal.

 

Megjegyzések. a) A higany feletti térben telített higanygőz van, amelynek nyomása csak a hőmérséklettől függ. (Nem ideális gáz.) A higanygőzt összenyomva folyékony higany válik ki belőle, miközben a nyomása változatlan marad, így ez a nyomás nem befolyásolja a kapott eredményt.
b) Nem a rugó tartja a csőben a külső szint felett elhelyezkedő higanyt, hanem a külső légnyomás. (Az üveg és a higany között nincs semmiféle olyan kölcsönhatás, amely ekkora erőt közvetíteni tudna.) Ugyanakkor a légnyomás nyomóereje pontosan megegyezik a csőben található higany súlyával.
c) Amikor a higany eléri a cső tetejét, a rugó nem nyúlik tovább, a rendszer nyugalomba kerül. Jelölje ezt a nyomásértéket po. (po Hgmm egységekben éppen a cső tetejének a higanyszint feletti magassága.) Ha tovább növeljük a külső nyomást, akkor a Pascal-törvény értelmében a cső tetejénél a higany nyomása (p-po) lesz. (po nyomást kompenzál a higanyoszlop.) Így a rugónak a külső és belső nyomások különbségének megfelelő p0⋅A nyomóerőt kell kifejtenie, ez pedig független a p légnyomástól.