Перед вами сообщающиеся сосуды в виде u-образной трубки.
Нальём в них однородную жидкость. Сейчас поверхности жидкости свободны. Исходя из закона сообщающихся сосудов, высота столбов жидкости одинакова.
Соединим правое колено с сосудом, в котором находится газ. Его давление обозначим буквой p. А на жидкость всё также давит атмосферное давление pат.
Отметим первоначальное положение свободных поверхностей жидкостей. Площади сечения сосудов одинаковые. Значит если p больше, чем атмосферное давление, то жидкость в правом колене опустится на какую-то высоту, а в левом приподнимется на ту же высоту.
Обозначим разницу высот поверхностей жидкости Δh. Обозначим давления в точках, расположенных в разных коленах, но на одном уровне p1 и p2. Значит, исходя из условия равновесия, их значения равны.
На поверхность жидкости в правом колене давит газ, находящийся в сосуде. Получается давление p2 равно давлению газа p.
Давление p1 обусловлено действие столба жидкости, находящегося выше этой точки и атмосферным давлением, действующим на этот столб жидкости.
То есть p1 равно сумме атмосферного давления pат и давлению столба жидкости p. Подставив формулу давления столба жидкости, получим p1 = pат + ρ·g·Δh.
p1 = p2. Получается, мы можем прировнять давление газа в сосуде p к сумме давлений, из которых получается давление p1, то есть pат + ρ·g·Δh.
Предположим, что мы знаем атмосферное давление. Плотность жидкости мы также знаем. g — это константа, которая нам тоже известна. А Δh можем измерить, снабдив трубку шкалой.
Нанесём ноль на уровень, на котором были жидкости, когда их поверхности были свободными. В обоих коленах отмерим, например, 10 сантиметров со всех сторон от нуля и нанесём на шкалу. Для удобства предположим, что уровень поверхности жидкости совпал с отметкой в 10 см.
Тогда по этой шкале можно определить Δh .
Таким образом, мы можем вычислить давление p.
Перепишем формулу.
Получается, благодаря такому устройству мы можем сравнивать давление p c атмосферным.
Из формулы видно, что чем больше разность уровней жидкости в коленах сосуда, тем больше разница давления p с атмосферным давлением.
Устройство, показанное на этом рисунке называется манометр.
Его определение следующее. Манометр – это прибор, измеряющий разность давления в сосуде и атмосферного давления.
Поскольку в сосуде жидкость, этот манометр называется жидкостным.
Вместо сосуда с газом можно использовать небольшой открытый сосуд.
Если поместим его в жидкость, то увидим разность между давлением в жидкости и атмосферным давлением. Если опустим глубже, давление увеличится, и, соответственно, разность станет больше.
У такого манометра есть существенный недостаток. Если нужно измерять очень большие разницы в давлениях, то понадобятся очень высокие сосуды.
Для измерения больших давлений предназначены металлические манометры.
Основная часть таких манометров – это упругая металлическая трубка, согнутая в дугу. Один её конец заварен. Другой конец посредством крана соединён с сосудом, в котором нужно измерить давление. Так как трубка металлическая, необходимо большое давление, чтобы изменить её форму.
В центре расположена ось. На конце трубки закреплен конец проволоки. Средняя часть проволоки намотана на ось. А другой конец закреплён на пружинке, которая закреплена на корпусе прибора. На оси расположена стрелка.
Если давление газа поступающего внутрь трубки, увеличится, то трубка начнёт распрямляться. При распрямлении, она тянет проволоку. Проволока поворачивает ось и, соответственно стрелку. Вокруг стрелки нанесена шкала. Соответственно, по положению стрелки, мы определяем поступившее давление.
Также существуют манометры, способные измерять давления, которые ниже атмосферного.