Σπρώχνουμε τον υδράργυρο …ισόθερμα

Όπως φαίνεται στο σχήμα, το κατακόρυφο δοχείο έχει δυο κυλινδρικά διαμερίσματα 1 και 2 με διατομές αντίστοιχα S1 = 4S2 . Στο διαμέρισμα 1, υπάρχει αέρας σφραγισμένος ανάμεσα στα δυο αβαρή έμβολα Α και Β, με ύψος στήλης αέρα Li = 20cm. Πάνω από το έμβολο Β υπάρχει υδράργυρος ύψους H = 10cm. Μεταξύ των δύο εμβόλων και του τοιχώματος του κυλίνδρου δεν υπάρχει τριβή. Ασκούμε κατάλληλη εξωτερική δύναμη μέτρου Fi με φορά προς τα πάνω, για τη στήριξη του εμβόλου Β, ώστε το σύστημα Α + αέρας + Β + Hg να ισορροπεί και η επιφάνεια του υδραργύρου να βρίσκεται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο με το πάνω άκρο του διαμερίσματος 1. Αυξάνοντας το μέτρο της εξωτερικής δύναμης το έμβολο Β μετακινείται αργά προς τα πάνω, έως ότου ο μισός όγκος του υδραργύρου ωθηθεί στο διαμέρισμα 2 και να έχουμε νέα κατάσταση ισορροπίας. Η δύναμη αποκτά τότε μέτρο Ff. Βρείτε:
α) Το τελικό ύψος της στήλης υδραργύρου πάνω από το έμβολο Β.
β) Το τελικό ύψος της στήλης αέρα.
γ) Την μετατόπιση του εμβόλου.
δ) Το λόγο F_f/F_i
Η θερμοκρασία της στήλης του αέρα παραμένει σταθερή καθ’ όλη τη διάρκεια της διαδικασίας και το πείραμα γίνεται στη Γη, αλλά σε κενό αέρος.
Το διαμέρισμα 2 έχει μεγάλο ύψος. Θεωρείται γνωστός από το Γυμνάσιο ο τύπος της υδροστατικής πίεσης
p = ρgh (S.I.) ή p = h cmHg.

Απάντηση 

Απάντηση